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研究人员利用超高速激光实验发现 原子周围形成的气泡可加速能量传递

2021-05-08 15:15 · 稿源:cnbeta

用超高速激光进行的实验表明,在原子周围形成的气泡可以加速能量的传递。这些发现可以帮助进一步了解活体组织对辐射照射的反应。能量通过一系列过程在原子或分子系统中流动,如转移、发射或衰变。你可以把其中的一些细节形象化,就像把一个球(能量)传给别人(另一个粒子),只不过传球的速度比眨眼还快,快到关于交换的细节都不太了解。

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想象一下,同样的交换发生在一个繁忙的房间里,其他人撞到你,通常会使传递变得复杂和缓慢。然后,想象一下,如果每个人都退后一步,创造一个安全的气泡,让交流不受阻碍地进行,那么交流的速度会快多少。

由康涅狄格大学物理学教授诺拉·贝拉(Nora Berrah)和博士后研究员及主要作者亚伦·拉弗格(Aaron LaForge)带领的国际科学团队,使用超快激光见证了这种气泡介导的两个氦原子之间的增强。他们的结果现在发表在《Physical Review X》上。

LaForge 说,测量原子之间的能量交换需要几乎无法想象的快速测量。LaForge 说:“需要更短的时间尺度的原因是,当你看微观系统,如原子或分子,它们的运动是非常快的,大约是飞秒(10-15秒)的数量级,这是它们移动几个埃(10-10米)的时间”。

LaForge 解释说,这些测量是通过所谓的自由电子激光器进行的,其中电子被加速到接近光速,然后使用几组磁铁,电子被迫起伏,这导致它们释放短波长的光。LaForge 说:“通过超快的激光脉冲,你可以对一个过程进行时间解析,以弄清某些东西发生的速度有多快或多慢”。

实验的第一步是启动这个过程,LaForge 说:“物理学家探测和扰动一个系统,以便通过拍摄反应的快速快照来测量其反应。因此,从本质上讲,我们的目的是制作一部动态的分子电影。在这种情况下,我们首先在一个氦气纳米液滴中启动了两个气泡的形成。然后,使用第二个脉冲,我们确定了它们能够相互作用的速度”。

通过第二个激光脉冲,研究人员测量了气泡的互动情况:在激发两个原子后,在原子周围形成了两个气泡。然后,原子可以移动并相互作用,而不必推到周围的原子或分子。

氦气纳米液滴被用作模型系统,因为氦气是周期表中最简单的原子之一,LaForge 解释说这是一个重要的考虑。尽管在一个纳米液滴内有大约一百万个氦原子,但其电子结构相对简单,而且系统中需要考虑的元素较少,相互作用也更容易阐明。

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