來自慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）激光和 X 射線物理學(xué)教授 Reinhard Kienberger 在今年前發(fā)起了一項(xiàng)活動，在美國斯坦福直線加速器中心（SLAC）進(jìn)行了飛秒范圍的重要測量。現(xiàn)在，一個大型的國際研究小組已經(jīng)開發(fā)出一種方法來繞過 XFELs 的這個問題，并通過測量氖氣中的一個基本衰變過程來證明其有效性。
然而，在這些微不足道的時間尺度上，一方面是在樣品中引發(fā)反應(yīng)的 X 射線脈沖，另一方面是“觀察”它的激光脈沖，要做到同步是非常困難的。這個問題被稱為時間抖動（timing jitter），它是目前在 XFELs 上進(jìn)行時間分辨實(shí)驗(yàn)的主要障礙，其分辨率越來越短。
許多生物系統(tǒng)以及一些非生物系統(tǒng)--在被來自 XFEL 的 X 射線脈沖激發(fā)時受到損害。損害的原因之一是被稱為俄歇衰變（Auger decay）的過程。X 射線脈沖將光電子從樣品中彈出，導(dǎo)致它們被外殼中的電子取代。當(dāng)這些外層電子松弛時，它們會釋放出能量，隨后會誘發(fā)另一個電子的發(fā)射，即所謂的俄歇電子（Auger electron）。
輻射損傷是由強(qiáng)烈的 X 射線和持續(xù)發(fā)射的俄歇電子造成的，它可以迅速地使樣品退化。在研究不同分子的實(shí)驗(yàn)中，為這種衰變計(jì)時將有助于規(guī)避輻射損傷。此外，俄歇衰變是研究物質(zhì)的奇異、高度激發(fā)狀態(tài)的一個關(guān)鍵參數(shù)，而這只能在XFELs 進(jìn)行研究。
為了繪制俄歇衰變圖，科學(xué)家們使用了一種被稱為自我參照的阿托秒條紋（attosecond streaking）的技術(shù)，該技術(shù)基于對數(shù)千張圖像中的電子進(jìn)行測繪，并根據(jù)數(shù)據(jù)的整體趨勢推斷出它們的發(fā)射時間。
對于他們的方法的第壹次應(yīng)用，該團(tuán)隊(duì)使用了氖氣，在那里的衰變時間在過去已經(jīng)被推斷出來。在將光電子和俄歇電子暴露在一個外部的"條紋"激光脈沖中后，研究人員確定了它們在數(shù)以萬計(jì)的單獨(dú)測量中的蕞終動能。
幫助制定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的 Reinhard Kienberger 教授說：“至關(guān)重要的是，在每次測量中，俄歇電子與條紋激光脈沖的相互作用總是比蕞初位移的光電子稍晚，因?yàn)樗鼈兊陌l(fā)射時間較晚。這個不變的因素構(gòu)成了該技術(shù)的基礎(chǔ)。通過結(jié)合這么多單獨(dú)的觀察，該團(tuán)隊(duì)能夠構(gòu)建一個詳細(xì)的物理過程圖，從而確定光和俄歇發(fā)射之間的特征時間延遲”。
更多信息訪問：Clocking the Movement of Electrons Inside an Atom – Down to a Millionth of a Billionth of a Second.
