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德国极远紫外激光器挑战爱因斯坦

2009-05-06 10:39
Radow
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        5月6日消息,据美国《连线》杂志报道,一项最新研究指出,超强激光可以激发从原子内部发射出的电子束。这种光电效应的扩展,促使物理学家必须重新考虑光什么时候是波,什么时候是粒子。光电效应是指一个光子把原子边缘的一个电子撞掉。

  德国柏林国家物理技术研究所(Physikalisch-Technische Bundesansalt)的马西亚斯·里克特是发表在美国《物理评论快报》上的这项研究的论文作者。他说:“光电效应是用来证明光具有粒子特征的最著名的效应。现在我们说,如果你采用这些高强度激光器,用光波图能更好地描述光电效应。”19世纪30年代以来,科学家一直用光来从原子激活(获取)电子。科学家根据光电效应制成了早期的摄影机、数码相机、太阳能电池、夜视镜,并使爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖。

  物理学家认为电子的能量应该根据光的强度而定,或者根据它在特定时间段内向指定区域输入多少能量而定。因此当1902年一位德国物理学家证实了电子的能量是由光的颜色(或频率)而定时,他们都感到特别吃惊。三年后爱因斯坦指出,光既是光波又是粒子,从而帮助解决了这个谜题。被称作光子的光粒子携带多少能量要根据它们的频率而定。但是爱因斯坦从没用极其强烈的光做过这种实验。在最初的光电效应试验中,一个光子被用来击出一个电子,就像一颗台球击中另一颗台球一样。第一个被击出的电子是位于最外层的电子,因为原子保持它们所需的能量更少。

  在这项最新研究中,物理学家利用X射线激光器发射氙原子,这种激光器利用极端紫外线能量范围的光子发射原子,它的强度大约是可见光的40倍。氙原子一次失去21个电子,这表明它同时被50个光子击中。不仅如此,而且被击出的第一批电子来自原子的内部区域,这就如同你从第二层开始剥洋葱一样。俄亥俄州立大学的物理学家路易斯·迪马尔洛在加利福尼亚州使用高能X射线激光器——直线性连续加速器光源(Linac Coherent Light Source)进行研究,他说:“我们把一个原子放入这些强激光束下时,我们一般会从最外层开始分拆电子。如果他们说的是正确的,光源会从内层开始剥掉原子的电子。我认为这种说法很有道理。”

  里克特认为,进入的光子不仅像台球,它还像波。他说:“用单一的光子很难描述它。我们把它们看成一个相互作用,共同合作的团体会更好理解一些。”光能破坏了内部电子的稳定性,促使它们突然摆脱原子的束缚。它们的飞出为外层电子进入提供了洞口,它们在运行期间释放的能量,会使更多电子摆脱原子的束缚。里克特说:“这是爱因斯坦的光电效应的完美扩展。这是极端环境下的光电效应,用光波图比用粒子图更容易解释它。”虽然迪马尔洛警告说,人们需要对这个观点进行更加严格的检验,但是他说:“这是一个令人倍感兴奋的研究结果。我认为他们的推测有一定道理,但是这些只是有关这种基本方法的首批试验。要想知道它是否正确,还需要更多证据。”

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