浙江
欧洲XFEL（European XFEL）的研究团队宣布，他们成功产生持续时间仅约300阿秒的超短硬X射线闪光，并创造了此类脉冲在强度和能量密度方面的世界纪录。这项成果有望帮助科学家以前所未有的精度观察原子和分子内部电子的动态行为，相关研究成果已发表于《Optica》。
科学家长期希望弄清电子在原子和分子中的运动过程，从而深入理解化学反应，甚至在未来实现对电子行为的主动操控。X射线是研究电子运动的重要工具，但高能辐射本身也可能改变被测样品，因此研究人员必须在样品发生明显变化之前获取足够的信息。
在此次实验中，研究团队将X射线脉冲聚焦到一个极其微小的区域，面积约为普通人类头发横截面的十万分之一。每个脉冲持续时间约为300阿秒，而一阿秒仅相当于十亿分之一的十亿分之一秒。实验于2026年4月在欧洲XFEL设施的MID实验站完成，所使用的是波长极短的硬X射线。
参与研究的德国电子同步加速器中心（DESY）科学家颜嘉伟表示，几年前团队已经展示了太瓦级硬X射线阿秒脉冲，但产生强脉冲只是第一步，真正重要的是能够将这种能量有效输送到实验样品上。随着此次突破，科学家已经能够利用阿秒级X射线研究X射线与物质之间高度非线性的相互作用。
为了实现极端聚焦，研究人员采用了一套来自日本的先进Kirkpatrick-Baez光学系统（AKB）。每个X射线脉冲经历四次反射，其中两块超高精度镜面分别负责垂直和水平方向聚焦。最终，X射线被压缩到仅180×330纳米的微小焦点区域内。
根据脉冲能量、持续时间以及聚焦点尺寸计算，研究团队估算其峰值强度超过每平方厘米10²⁰瓦。东京大学研究员井上一郎表示，这一结果刷新了硬X射线阿秒脉冲在强度和能量通量方面的世界纪录。其中，能量通量用于衡量单位面积接收到的能量，而强度则进一步反映这些能量在多短时间内释放。
为了验证这一计算结果，研究人员将这些超强脉冲照射到铜箔样品上。X射线会将铜原子深层内壳电子击出，形成电子空位。当其他电子填补这些空位时，会释放新的X射线辐射。在足够高的强度下，这些辐射能够诱导其他受激铜原子沿相同方向发射更多X射线，从而产生被称为“放大自发辐射”（ASE）的现象，实现信号放大。
MID实验站负责人安德斯·马德森表示，观察到这一现象令人感到近乎神奇。正常荧光会向各个方向发射，与入射光束方向无关；而当ASE阈值被突破时，研究人员能够清晰看到光束逐渐收缩并集中到前进方向。
实验结果显示，随着脉冲能量增加，ASE信号最初快速增强，随后在更高能量下趋于饱和。研究人员指出，这种饱和现象只会在极高X射线强度条件下出现，因此为此前计算得到的超高强度提供了独立验证。
欧洲XFEL计划于2027年初接收并安装属于自己的AKB聚焦系统。研究人员表示，在系统完成安装和调试后，来自全球的科研团队将能够利用MID实验站获得同样短暂而强大的X射线闪光，为超快物理学、材料科学、化学反应动力学以及非线性X射线科学研究开辟新的可能性。
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