作為以光速飛行的微小粒子，要想捕捉光子的行動，需要一台先進的機器，而一個國際研究團隊剛剛創造出一台很能勝任這項工作的機器。該設備被稱為世界上最快的紫外線相機，能夠捕捉持續時間僅為皮秒的超快速事件，快到足以看到紫外線光子實時在空中飛過。

該設備是加拿大國家科學研究院的科學家研發的，名稱為UV-CUP。壓縮超快攝影(CUP)是一種新興的成像技術，已被用於捕捉超高速事件，速度以每秒數万億幀計算，但迄今為止僅限於可見光和近紅外波長。

“許多在很短的時間尺度上發生的現像也是在很小的空間尺度上發生的，”領導這項研究的梁晉陽說。“要看到它們，你需要感知更短的波長。在紫外甚至X射線範圍內做到這一點，是朝著這個目標邁出的顯著一步。”

為了實現這一目標，該團隊首先要開發一種特殊的光陰極，並將其集成到所謂的條紋相機中，這是一種專門為測量超快速光學現象而開發的設備。團隊還需要開發一種新的算法來獲取數據，並將其構造成圖像，梁晉陽告訴New Atlas。

“我們需要兩個步驟來操作這個相機，”他解釋說。“首先，在數據採集中，瞬時事件中的信息被擠壓成一個快照。所以，這個採集到的快照與普通相機拍攝的照片完全不一樣……第二，這個快照被輸入到重建算法中，以檢索出電影。”

下面可以看到這段持續時間在皮秒到納秒的電影。

UV-CUP相機製作的移動光子視頻

而這裡是另一個視圖，顯示兩個飛秒紫外線脈沖在不同時間到達相機。

這些顯示光子實時移動的紫外線脈衝的視覺效果，是使用一個成像速度為0.5萬億幀/秒的緊湊型設備拍攝的。

該團隊希望通過研究其光陰極的替代材料來進一步改進其UV-CUP相機，目前其效率有限。在人工智能的幫助下提高算法和圖像構建的速度是另一個目標。

UV-CUP系統示意圖

UV-Cup現在正被送往法國的一個研究實驗室，在那裡它將被用來捕捉不同的物理現象。這可能包括激光等離子體的產生和紫外熒光，這可能有助於改善用於診斷疾病的醫學成像技術。

一篇描述該研究的論文發表在《激光與光子學評論》雜誌上。