康斯坦茨大學（University of Konstanz）的科學家們開發出一種方法，利用飛秒閃光產生持續時間約為五阿秒的電子脈衝。這一突破提供了比光波更高的時間分辨率，為觀測核反應等超快現象鋪平了道路。這也是迄今物理學家產生的人類有史以來最短的信號之一。

自然界中的分子或固態過程有時可以在短至飛秒（四十億分之一秒）或阿秒（五十億分之一秒）的時間範圍內發生。核反應的速度甚至更快。現在，康斯坦茨大學的科學家馬克西姆-查列夫（Maxim Tsarev）、約翰內斯-圖爾納（Johannes Thurner）和彼得-鮑姆（Peter Baum）正在使用一種新的實驗裝置來實現阿秒級持續時間的信號，即十億分之一納秒，這為超快現象領域開闢了新的前景。

即使是光波也無法達到這樣的時間分辨率，因為單次振盪所需的時間太長了。電子是一種補救措施，因為電子可以大大提高時間分辨率。在他們的實驗裝置中，康斯坦茨的研究人員利用激光器發出的一對飛秒閃光，在自由空間光束中產生極短的電子脈衝。研究結果發表在《自然-物理學》雜誌上。

科學家們是如何做到這一點的呢？

與水波類似，光波也可以疊加產生駐波或行波的波峰和波谷。物理學家們選擇了入射角和頻率，使以一半光速在真空中飛行的共振電子與速度完全相同的光波波峰和波谷重疊。所謂的”思索動力”將電子推向下一個波谷的方向。因此，經過短暫的相互作用後，就會產生一系列時間極短的電子脈衝–尤其是在脈衝序列的中間，那裡的電場非常強。

在很短的時間內，電子脈衝的持續時間只有大約五阿秒。為了了解這一過程，研究人員測量了壓縮後電子的速度分佈。物理學家約翰內斯-圖爾納解釋說：”輸出脈衝的速度並不是非常均勻的，而是一種非常寬泛的分佈，這是由於在壓縮過程中一些電子強烈減速或加速的結果。不僅如此： 這種分佈並不平滑。相反，它由數以千計的速度階梯組成，因為每次只有整數的光粒子對能夠與電子相互作用”。

研究意義

這位科學家說，從量子力學角度看，這是電子在不同時間經歷相同加速度後與自身的時間疊加（干涉）。這種效應與量子力學實驗–例如電子與光的相互作用–有關。

同樣令人矚目的是像光束這樣的平面電磁波通常無法在真空中引起電子的永久速度變化，因為大質量電子和靜止質量為零的光粒子（光子）的總能量和總動量無法保持不變。然而，在比光速慢的波中同時存在兩個光子，就可以解決這個問題（卡皮查-迪拉克效應）。

對於康斯坦茨大學物理學教授兼光與物質小組負責人彼得-鮑姆（Peter Baum）來說，這些成果顯然仍屬於基礎研究，但他強調了未來研究的巨大潛力：”如果一種材料在不同的時間間隔內受到我們兩個短脈衝的衝擊，第一個脈衝可以引髮變化，第二個脈衝可以用於觀察–類似於照相機的閃光”。

他認為，最大的優點是實驗原理中不涉及任何材料，一切都在自由空間中進行。原則上，任何功率的激光器將來都可以用於更強的壓縮。鮑姆說：”我們新的雙光子壓縮技術使我們能夠進入新的時間維度，甚至可以拍攝核反應過程。”