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什麼是阿秒物理學？為何它能揭開物質的奧秘？
阿秒物理學，又稱為阿秒科學，是一個融會貫通光與物質交互現象的物理學分支。它使用阿秒（10⁻¹⁸秒）光子脈衝來揭秘物質內部以往未曾見過的動態過程。這一領域的主要方法是抽運—探針光譜技術，這使得研究者能以空前的時間解析度觀察電子在原子、分子和固體中的運動。
阿秒物理學的主要興趣在於探索電子相互作用、光催化的化學反應，以及固體材料中電荷載流子的動態。
有趣的是，為了取得這些深入的洞見，阿秒物理學通常需要最先進的實驗設置以及高級理論工具來解析從短脈衝實驗中收集的數據。自1986年開始，隨著鈦摻雜藍寶石（Ti:Sa）激光和撓脈衝增強技術的問世，阿秒脈衝的生成成為了可能。
阿秒脈衝的生成
生成超短脈衝的關鍵在於電磁波的帶寬和中心波長。根據傅立葉分析，光脈衝的光譜帶寬越大，其潛在的脈衝時間越短。然而，對於不同的波長存在一個下限，因此需使用短波長和高能量的輻射源，如自由電子激光（FEL）和高次諧波生成（HHG）設備，以產生阿秒脈衝。
測量與觀察
一旦阿秒光源可用，研究者便可以探索與材料中電子動態相關的物理可觀測量。例如，分子光碎片的速度分佈的角度不對稱性、臨界吸收和反射的XUV-SXR光譜等都是常見的觀測工具。通過這種“探針”技術，研究者能夠在阿秒時間尺度上獲得關於電子動態的重要信息。
這項技術可以揭示在原子、分子及固體中的多種動態過程，尤其是光誘導的非平衡激發狀態。
量子力學的基礎
阿秒物理學主要涉及非相對論性的束縛粒子，使用中等強度的電磁場與光-物質的相互作用進行探討。這意味著儘管阿秒脈衝如此先進，但它們依然符合基本的量子力學顯著原則。
阿秒物理的實際影響
阿秒物理學的發展極大地推進了我們對基本物理的理解，尤其是在電子動態與物質行為方面的相互作用。2022年，安妮·呂伊耶、保羅·科考姆和費倫茲·克勞蘇斯因其在超快激光科學和阿秒物理學方面的開創性貢獻獲得了沃爾夫物理學獎，而在2023年，他們又被授予諾貝爾物理學獎，顯示了這一領域的重視和前景。
短小的阿秒脈衝令科學家能夠以空前的時間解析度觀察物質的內部動態進程，這影響著未來科技的發展。
阿秒物理學的未來將如何進一步開啟物質科學的新篇章呢？
