苏黎世联邦理工学院的研究提供了关于光电子产生方式的新见解

由苏黎世联邦理工学院（ETHZürich）团队完成的亚飞秒级研究，研究了电离过程中线性光子动量传递，可以洞悉光电子的“诞生”。物理学家了解在原子的多光子电离过程中，光子如何将能量传递给离子和光电子。然而，关于光如何将其脉冲传递到物质上的确切细节仍未完全理解。苏黎世联邦理工学院的研究小组说，原因之一是，在光学周期内，传输脉冲的变化发生在极快的亚飞秒时间尺度上。现有研究提供了有关时间平均行为的信息，但没有提供有关光电离过程中线性动量转移的时间相关方面的信息。

苏黎世联邦理工学院的科学家设计了沿时间方向测量沿激光脉冲传播方向的线性动量转移的方法，并表明向电子的线性动量转移取决于激光周期内的电离时间。实验着重于高激光强度，其中多个光子参与了电离过程，并探索了在激光传播方向上转移了多少动量。

重建的3D光电子动量分布，以及极化椭圆和射束方向的草图。

为了获得足够的时间分辨率，科学家采用了原子钟技术，这是量子电子研究所的Ursula Keller小组开发的一种方法。使用这种方法，无需产生阿秒激光脉冲即可实现阿秒时间分辨率。取而代之的是，有关在接近圆偏振光中旋转的激光场矢量的信息用于以秒为单位测量相对于电离事件的时间。原子钟的方法类似于时钟的指针，原子钟的指针在一个11.3飞秒光学周期内旋转一整圈。

ETH物理学家能够根据光电子何时“生”来确定电子获得了多少线性动量。科学家发现，沿激光传播方向传递的动量取决于激光在电子振荡周期中的时间。从物质中释放出来（在这个实验中，物质由氙原子组成）。科学家得出结论，至少对于他们探索的场景，时间平均辐射压力图不适用。该团队可以在经典模型中几乎完全重现观察到的行为（而光-物质相互作用的许多情况，例如康普顿散射，只能在量子力学模型中得到解释）。但是，必须扩展经典模型以说明输出光电子与残留氙离子之间的相互作用。在他们的实验中，科学家表明，与理论上对脉冲过程中产生自由电子的预测相比，这种相互作用在线性动量传递的时间上引起了额外的阿秒延迟。

此类延迟是否是光电离的一般性质，还是仅适用于本次ETHZürich研究中研究的场景类型，仍然是未知的。然而，显而易见的是，通过这一首次对电离过程中的线性动量转移在过程的自然时间尺度上的研究，凯勒小组开辟了一条探索光与物质相互作用基本性质的新途径，从而实现了阿秒科学研究的一次突破。