世界上最快的显微镜将时间定格在五亿分之一秒

一台好的相机快门速度以毫秒为单位，也许可以拍下一张人跑步的清晰照片。但是，世界上最快的"照相机"--透射电子显微镜可以捕捉到以阿秒为单位的事件，比如电子运行的照片。阿秒是一秒的五万亿分之一，这使得毫秒（一秒的千分之一）看起来像是永恒。

如果我们把这个数字放大，一秒钟中的阿秒数相当于 317 亿年中的秒数--这比宇宙存在的时间长一倍还多。这里有一些真正深不可测的数字。

无论如何，以前在这种时间尺度上捕捉事件的努力已经把时间缩短到 43 阿秒，当时的研究人员称之为"人类创造的最短的受控事件"。现在，美国加州大学的研究小组将时间定格在了更短的一阿秒。

皮埃尔-阿戈斯蒂尼、费伦茨-克劳兹和安妮-勒惠利尔的研究首次产生了足够短的光脉冲，可以阿托秒为单位进行测量。该团队因此获得了2023 年诺贝尔物理学奖。

在这项新研究中，研究人员开发了一种他们称之为"原子显微镜"的仪器。首先，紫外线脉冲射入光电阴极，在显微镜内释放出超高速电子。然后，激光脉冲被分成两束，同时射入在显微镜中移动的电子中。其中一束是偏振的，它们到达的时间略有不同，产生的"门控"电子脉冲可以对样品--在本例中是石墨烯--进行成像。

原子显微镜示意图。紫外激光（粉红色）在原子显微镜内引发超快电子脉冲（绿色）。然后，激光脉冲被分成两束（橙色），以略微不同的时间照射到样品上，触发一秒电子脉冲，对样品进行成像。

利用这种技术，研究小组能够产生持续时间仅为一个阿秒的电子脉冲，从而观察到通常无法看到的超快电子运动。研究人员说，这一突破可应用于量子物理、化学和生物学领域。

这项研究的作者穆罕默德-哈桑（Mohammed Hassan）说："提高电子显微镜内部的时间分辨率是人们期待已久的，也是许多研究小组关注的焦点，因为我们都希望看到电子的运动。这些运动以阿托秒为单位发生。但现在，我们的电子透射显微镜首次实现了阿秒级的时间分辨率--我们称之为'原子显微镜'。我们第一次可以看到运动中的电子碎片。"

这项研究发表在《科学进展》杂志上。