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研究人員利用超高速激光實驗發現原子周圍形成的氣泡可加速能量傳遞

研究人員利用超高速激光實驗發現原子周圍形成的氣泡可加速能量傳遞

2021-05-08 Comments 0 Comment

用超高速激光進行的實驗表明,在原子周圍形成的氣泡可以加速能量的傳遞。這些發現可以幫助進一步了解活體組織對輻射照射的反應。能量通過一系列過程在原子或分子系統中流動,如轉移、發射或衰變。你可以把其中的一些細節形象化,就像把一個球(能量)傳給別人(另一個粒子),只不過傳球的速度比眨眼還快,快到關於交換的細節都不太了解。

想像一下,同樣的交換發生在一個繁忙的房間裡,其他人撞到你,通常會使傳遞變得複雜和緩慢。然後,想像一下,如果每個人都退後一步,創造一個安全的氣泡,讓交流不受阻礙地進行,那麼交流的速度會快多少。

由康涅狄格大學物理學教授諾拉·貝拉(Nora Berrah)和博士後研究員及主要作者亞倫·拉弗格(Aaron LaForge)帶領的國際科學團隊,使用超快激光見證了這種氣泡介導的兩個氦原子之間的增強。他們的結果現在發表在《Physical Review X》上。

LaForge 說,測量原子之間的能量交換需要幾乎無法想像的快速測量。LaForge 說:“需要更短的時間尺度的原因是,當你看微觀系統,如原子或分子,它們的運動是非常快的,大約是飛秒(10-15秒)的數量級,這是它們移動幾個埃(10-10米)的時間”。

LaForge 解釋說,這些測量是通過所謂的自由電子激光器進行的,其中電子被加速到接近光速,然後使用幾組磁鐵,電子被迫起伏,這導致它們釋放短波長的光。LaForge 說:“通過超快的激光脈衝,你可以對一個過程進行時間解析,以弄清某些東西發生的速度有多快或多慢”。

實驗的第一步是啟動這個過程,LaForge 說:“物理學家探測和擾動一個系統,以便通過拍攝反應的快速快照來測量其反應。因此,從本質上講,我們的目的是製作一部動態的分子電影。在這種情況下,我們首先在一個氦氣納米液滴中啟動了兩個氣泡的形成。然後,使用第二個脈衝,我們確定了它們能夠相互作用的速度”。

通過第二個激光脈衝,研究人員測量了氣泡的互動情況:在激發兩個原子後,在原子周圍形成了兩個氣泡。然後,原子可以移動並相互作用,而不必推到周圍的原子或分子。

氦氣納米液滴被用作模型系統,因為氦氣是周期表中最簡單的原子之一,LaForge 解釋說這是一個重要的考慮。儘管在一個納米液滴內有大約一百萬個氦原子,但其電子結構相對簡單,而且系統中需要考慮的元素較少,相互作用也更容易闡明。

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