往池塘扔两颗石子,水波撞一起,有的地方浪更高,有的地方反而平了。步调一致就增强,步调相反就抵消。电子也有“波”的本事:从起点到终点,可以同时走几条路,最后叠在一起。
过去用可见光、红外激光也能控制电子,但“尺子”太粗,看不清原子深处。极紫外光波长更短、能量更高,能直接跟原子核附近的电子“对话”。难点是太难伺候,普通激光器做不出来,得靠自由电子激光装置,全球没几台。
实验在意大利的里雅斯特做,用的是欧洲FERMI装置。团队拿氦原子开刀,设计两条量子路径,让电子从基态跳到激发态,再微调一束极紫外光的相位。调到一个位置,两条路互相增强,电子乖乖跳上去;调到另一个位置,两条路互相抵消,跃迁直接被摁死。相当于给电子修了两条路,再拿红绿灯控制它走不走。
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美国在阿秒科学和量子操控上布局二十多年,2023年诺贝尔物理学奖颁给阿秒脉冲,就是给他们的积累盖章。欧洲靠XFEL和FERMI抢到先手,日本也在追。
实话实说,在这个具体方向上,中国还在追赶。FERMI那种级别的极紫外自由电子激光装置,中国目前还没有完全对标。
但局面不是静止的。上海张江,软X射线自由电子激光装置已经跑起来。硬X射线自由电子激光装置SHINE正在建,一旦建成,中国将进入全球第一梯队。阿秒激光这块,中科院物理所、上海光机所、华中科技大学都有团队,部分指标摸到国际前沿。量子调控本身,中国科大、清华、中科院精密测量院在离子阱、冷原子体系做过不少漂亮实验。只是在极紫外自由电子激光这个“新战场”上,我们出手还不多。
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一句话:中国是“追赶并局部并跑”。装置建起来,追赶会提速。
第一层是“看”。极紫外光能看清原子核附近的电子怎么动,理解化学反应、材料性能、甚至光合作用,都多了一把革命性工具。
第二层是“控”。从看到控,是从“拍照”到“导演”的跨越。能指挥电子走哪条路、什么时候跳、跳多高,就可能设计新分子、新材料,甚至新药物。
第三层,电子控制技术从来不只在实验室。雷达、通信、定向能、量子信息,底层都是对电磁波和电子的精确操控。今天在氦原子上练的“指挥术”,明天可能就变成某个系统里的关键一环。
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