苏黎世联邦理工学院 连续统中单光子跃迁的时间延迟有多大？教授小组
苏黎世联邦理工学院的乌苏拉·凯勒(Ursula Keller)现在第一次测量了这些微小的动态变化
信用:苏黎世联邦理工学院/D-？张博·富克斯/萨拉·哈特曼Fuchs 每次与光子相互作用时，电子的动力学变化非常小
苏黎世联邦理工学院的物理学家现在已经以最纯粹的形式测量了这种相互作用——通过记录与自由电子中单光子跃迁相关的阿秒级时间延迟
光子撞击物质导致电子发射的光电效应是量子力学的精髓效应之一
爱因斯坦在1905年著名地解释了这一现象背后的关键机制，为他赢得了1921年诺贝尔物理学奖
他建立在五年前由马克斯·普朗克引入的一个概念之上:电磁能量只在离散的包中被吸收和发射——也就是说，在量子中
量子概念彻底改变了物理学
光电效应，就其本身而言，已经被探索得越来越详细，并且今天被用于从太阳能电池到夜视镜的应用中
对这种效应的理解在过去十年左右出现了转变
激光实验使得直接观察复杂的量子动力学成为可能，当电子与光相互作用时，电子从它们的母系统中被移除，量子动力学在阿秒时间尺度上展开
然而，时间分辨的光电离过程测量，可以说是最纯粹的形式——单个未结合电子对单个光子的吸收和发射——至今仍难以捉摸
在光学杂志上，张博·富克斯和他的同事在教授的超快激光物理小组中写道
量子电子研究所的乌苏拉·凯勒与美国的合作者一起工作
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奥地利和西班牙报告了一项实验，他们测量了单个光子的吸收和发射如何改变电子的动力学，该电子没有束缚在原子核上，但仍然具有库仑势
引入一个新的实验方案，他们发现动力学依赖于光离子化电子的角动量
研究人员测量了氦中流出的s电子和d电子之间长达12阿秒的延迟
这是潜在量子力学效应的一个微妙但明确无误的标志
他们还观察了经典起源的基本现象——他们测量了相位变化，表明在d电子中，向外传播比在s电子中慢
这可以用旋转能的较大部分来解释，因此d电子的径向能较低
提取单个光子的贡献 这些结果标志着几项第一
凯勒小组开创了阿秒钟时间延迟的测量等多种领域，其中包括光电子在母离子的电势中传播时产生的光离子化，从而产生可测量的群延迟
这些阿秒级时间延迟的测量通常涉及至少两个光子，使得提取单个光子的贡献异常困难
Fuchs等人
我现在找到了一种方法
在他们的例子中，涉及到两个光子，一个在极紫外(XUV)，另一个在红外(红外)范围
但是他们设计了一个合适的程序，使他们能够从高质量的数据中提取光离子在他们的系统中进行的所有量子过程的振幅和相对相位
通过这种方式，他们能够分离出红外光子的贡献，这是一种在非束缚电子中诱导跃迁的光子(而XUV光子通过将电子从束缚态转移到连续体来电离原子)
轫致辐射引起的延迟的直接测量 ETH物理学家不仅获得了任何单光子跃迁的时间延迟——这也是第一次测量未束缚电子吸收和发射光子的时间延迟，这种现象被称为(逆)轫致辐射
富克斯和他的同事采用了两种独立的理论方法，很好地再现了实验结果
这些模拟也提供了证据，证明一些观察到的效应是普遍的，因为它们独立于母离子的原子种类
这项工作表明，在爱因斯坦的开创性工作115年后，光电效应并没有停止激励
富克斯及其同事引入的工具为研究原子和小分子的光电离动力学提供了新的实验能力
这样的研究反过来可以提供对光电发射时间延迟的更全面的理解，特别是在中到长距离的相互作用中
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