物理學：電子指紋最快的激光脈衝！

一個新的秒錶由兩個光電子波包乾涉產生的電子動量分佈是通過使用一對延時的，相反圓偏振的阿秒激光脈衝電離氦原子產生的。科學家可以使用這種模式作為“秒錶”來確定超快過程的持續時間。圖片來源：Anthony Starace和Jean Marcel Ngoko Djiokap。

判斷超快化學過程需要超快激光器光脈衝持續僅僅阿秒（10 -18秒）-to作為“停止-運動”頻閃照相機動作。內布拉斯加大學林肯分校的物理學家正在分析超快激光脈衝如何與物質相互作用。他們研究兩個阿秒激光脈衝如何與氦原子相互作用產生電子動量分佈，顯示出意想不到的雙臂渦旋模式，類似於螺旋星系。

阿秒持續時間的激光脈衝提供了一種新工具，可以提供超快化學過程的關鍵見解，並最終控制能源相關技術的基礎，如太陽能轉換和催化。但在此新工具能夠充分發揮其潛力之前，必須瞭解脈衝本身及其與物質的基本相互作用。在這種情況下，研究人員揭示了阿秒激光脈衝產生的渦旋模式可以作為表徵電子操縱激光脈衝的優秀診斷工具。例如，該模式可用於確定脈衝的強度和它們之間的時間延遲。

當用激光脈衝詢問物質時，脈衝的持續時間在確定可獲取的信息中起主要作用。通常，正在研究的過程必須在與激光脈衝相同的時間尺度上進行。出於這個原因，化學動力學過程通常發生在飛秒到阿秒的時間尺度上，很難研究。最近的技術發展已經開始使阿秒激光脈衝成為現實，但是這些激光脈衝可以揭示的過程仍然存在很多謎團。科學家們經常使用基於量子力學原理的計算機模擬來預測他們試圖通過實驗複製的超快激光相互作用。

內布拉斯加大學林肯分校的物理學家採用這種方法模擬了氦原子的相互作用具有兩個相反圓極化的延時阿秒激光脈衝。由此產生的電子動量分佈顯示出意想不到的雙臂渦旋模式。該團隊的第一個圓偏振光脈衝在一個方向上旋轉，第二個旋轉方向相反。這些方向決定了所產生的螺旋形圖案是向左還是向右旋轉。脈衝之間的時間延遲確定兩個螺旋臂的匝數，而脈衝的持續時間對應於臂的寬度。這種模式很重要，因為之前已經在激光束的相互作用中觀察到了這種模式，但從未與電子相互作用。渦旋圖案的相似性突出了電子的波粒二象性，它描述了它如何表現為粒子和波。