この大型科学装置の建設がもうすぐ始まります!人類最速の「懐中電灯」として知られるアト秒とはいったい何なのでしょうか？

広東省東莞市松山湖科学城からのニュースによると、国家の重要な科学技術インフラである先進的なアト秒レーザー施設が国家発展改革委員会の予算承認を正式に得て、建設を開始するところだ。

画像出典：東莞市松山湖ハイテク産業開発区管理委員会公式サイト

先進的なアト秒レーザー施設は、国家の主要な科学技術インフラです。 2023年4月25日、東莞市松山湖にアト秒科学センターが正式にオープンしました。先端アト秒レーザー施設が完成すれば、アジア初、世界第2位のアト秒レーザー大規模科学施設となると報じられている。この装置は、今年、松山湖科学城で歓迎される2番目の主要な国家科学技術インフラ建設プロジェクトになるとも期待されている。

アト秒により科学者は「光」を見ることができる

アト秒とは何ですか?簡単に言えば、アト秒は時間の単位で、1 アト秒は 10-18 秒に相当します。たとえば、光が地球から月まで移動するのに約 1 秒かかる場合、1 アト秒では光は 0.3 ナノメートルしか伝達できず、これは髪の毛の直径の約 20 万分の 1 に相当します。

人間の目は日常の世界における物事の変化を見ることはできるかもしれませんが、科学者がミクロの世界の粒子の動きや化学反応における電子の動きを捉えるなど、ミクロの世界を観察し研究する場合、これは通常のカメラやより短い露出時間を必要とする特定の機器では達成できません。 「ピコ秒」や「フェムト秒」という概念が徐々に生まれました。 「ピコ秒」（10の-12乗秒）は分子の回転のダイナミクスを観察するために使用でき、「フェムト秒」（10の-15乗秒）は化学結合の振動ダイナミクスを観察するために使用できます。超高速光学を使用してこれらの超高速現象のダイナミクスを観察することで、物質と分子に対する理解を深めることができます。

継続的な研究の過程で「アト秒」が誕生し、科学研究者が電子の世界を探索するための新しいツールとなりました。アト秒レーザーを使用すると、科学者は映画のスローモーション再生を見るかのように原子内の電子の動きを観察し、光を「捉える」ことができるかのように電子間の相互作用を調査することができます。

アト秒レーザー: 電子の移動のために「スーパーシャッター」を押す

ミクロの世界では、電子が原子間を移動すると、その位置とエネルギーはアト秒のオーダーで変化します。電子の移動状態を調べて「ビデオを撮る」には、アト秒レーザーパルスの助けが絶対に必要です。アト秒レーザーパルスは、持続時間がアト秒の光の閃光です。

アト秒レーザーは、物理学、化学、材料、情報、生物医学、その他の分野における主要な基礎科学的問題を研究するための新しい技術的手段を提供します。 2023年10月3日、スウェーデン王立科学アカデミーは、その年のノーベル物理学賞を「物質内の電子の動きを研究するためのアト秒光パルスを生成する実験的手法」の功績によりピエール・アゴスティーニ、フェレンツ・クラウス、アンネ・リュラーの3人に授与すると発表した。

画像出典: ノーベル賞公式サイト

アト秒パルス光技術は、現在人類が習得した最速の時間スケールです。それは定規のようなものです。スケールが細かくなるほど、測定精度が高くなります。アト秒パルスレーザー技術の発展は、自由電子レーザー、制御可能な高温超伝導、電子情報処理などの分野における科学技術研究において多くの大きな進歩をもたらすでしょう。

総合情報源：東莞市松山湖ハイテク産業開発区管理委員会公式サイト、科技日報、新華社日報など。