一种完全光学的闭锁，可对隧道波包进行成像

　　被强场照射的分子（两个相连的绿色球体）的图像会失去其电子，而电子在此过程中会辐射出光，然后我们对其进行检测和分析。图片来源：Babushkinetal。
　　Attoclocks或atosecond时钟是一种仪器，可以通过测量电子从原子中隧道出来所需的时间来测量阿托秒尺度上的时间间隔。阿托秒程序最初是由UrsulaKeller领导的研究小组于2008年引入的。
　　汉诺威莱布尼茨大学（LeibnizUniversityHannover）、马克斯伯恩研究所（MaxBornInstitute）和欧洲其他研究所的研究人员最近开发了一种新的全光学attoclock。这个时钟在发表在《自然物理学》上的一篇论文中介绍，可用于收集凝聚态系统中的时间分辨测量值，这是迄今为止从未实现过的。
　　隧穿本质上是一个量子力学过程，因此超出了我们的经典想象，进行这项研究的研究人员之一IharBabushkin告诉Phys。org。当我们把原子放在非常强的电场中时，就会发生电子从原子中隧穿的情况。这个场可以变得如此强大，以至于它从原子中撕裂电子，但电子在离开原子之前必须通过屏障隧道。
　　隧穿，电子离开原子的过程，发生得非常快。一些物理学家甚至提出，在隧穿过程中，电子的行进速度比光速快，并试图使用现有的attoclock测量工具来测试这一假设。
　　目前可以测量的最快时间是大约一阿托秒，Babushkin解释说。一个阿托秒是1018秒，这与宇宙年龄大约一秒有关，甚至更多。
　　过去，大多数研究人员通过尝试在电子离开原子后捕获电子来研究隧穿。虽然这种方法带来了一些有趣的发现，但它通常非常复杂和昂贵，同时也没有直接检查隧道。
　　在他们的论文中，Babushkin和他的同事们介绍了一种直接研究隧道掘进的替代方法，这种方法也比以前的技术更便宜，更精确。这种新方法专门研究了隧穿过程中电子释放的辐射及其随后的动力学。
　　这是可能的，因为无论电子发生什么，它都会辐射出一些光，Babushkin说。从正常直觉的角度来看，我们的方法非常不寻常。假设你试图测量一些非常短的东西，比如蝴蝶翅膀的拍打。为此，您需要一个比襟翼工作得更快的时钟。如果你尝试使用一个古老的太阳钟，它可以测量小时，但不能测量分钟，绝对不是秒，该怎么办？这听起来可能违反直觉，但我们赶上测量阿秒时间尺度的光波周期是十亿（109）时间大于阿托秒。但是，正如我们所展示的那样，这确实是可能的！
　　从本质上讲，Babushkin和他的同事开发的attoclock捕获了电子离开原子时辐射的光并测量其偏振。然而，为了使它作为时钟工作，离开原子的强电场，也称为驱动场，必须随时间变化并被圆极化。
　　如果光是圆偏振的，电场会随着时间旋转，就像时钟的指针一样，Babushkin说。为了使光以尽可能低的频率辐射，我们需要在驱动场中使用两个频率分量。这样，电子的响应可以在太赫兹范围内（一太赫兹对应于1012赫兹，一赫兹是对应于每秒一次振荡的频率的度量）。
　　在他们的实验中，研究人员发现，通过测量电子发出的太赫兹辐射的极化，他们可以在阿托秒尺度上访问其动力学。这是一个意想不到的结果，因为太赫兹和阿托秒时间尺度相差九个数量级。
　　由于测量光偏振比测量电子精确得多，我们的光学attoclock可以比通常的attoclock程序精确得多，Babushkin说。尽管在本文中，我们对attoclock进行了原理验证演示，它提取的信息与传统方法大致相同，但将来我们甚至可以超过一个attoccond并测量已经在zeptosecond范围内的时间，这在物理学中是迄今为止不存在的。
　　研究人员已经成功地使用他们的attoclock原型来测量使用传统attoclock从未检测到的东西，即电离过程中的轻微不对称。在未来，他们认为它也可以用来收集无法检测到电子的系统（如固体）中的时间分辨测量值。
　　目前，由于其高昂的制造成本，attoclocks只能在全球相对较少的实验室中生产。由于Babushkin和他的同事创建的系统是使用比支撑atoclock的其他现有实现的组件便宜得多的组件构建的，因此它最终可以在全球更多机构中收集atoclock测量值。
　　我们的attoclock可以有许多不同的应用，Babushkin补充道。我们特别有兴趣尝试将其应用于固体中。这是传统的attoclock过程根本不起作用的方向之一。目前，固体中强光学场激发的过程正处于阿托秒科学的边缘，我们相信我们的新工具将有助于收集大量有趣的信息。