そのすべてのために 可能性を考えると、自然はある特定のシーンを何度も再生する傾向があります。物質と光の対立です。
事実上無数の方法でシーンを演出しますが、最もよく知られているバージョンでは、光子が原子または分子に衝突したときに始まる物理プロセスを開始します。 光合成では、太陽からの光子が植物のクロロフィル分子に衝突して電子を解放し、二酸化炭素と水を糖と酸素に化学変換します。 日焼けすると、紫外線の光子が皮膚に衝突し、皮膚の DNA 分子に損傷を与えます。 このプロセスは、ソーラー パネルなどのテクノロジーにも見られます。このプロセスでは、結晶内に配置されたシリコン原子が、太陽からの光子を電力を生成する電子の流れに変換します。
しかし、物理学者は、光子が原子や分子に遭遇したときに何が起こるかの詳細をまだ知りません. 実況は、100 分の 1 秒 (または 10-18 秒の）。 このような儚い現象を研究するには、アト秒単位のパルスを発射する特別なレーザーが必要です。 レーザー パルスの長さは、カメラのシャッター スピードに少し似ていると考えることができます。 パルスが短いほど、動いている電子をより明確に捉えることができます。 これらの瞬間を研究することで、物理学者は自然界に遍在する基本的なプロセスをより深く理解することができます。
先月、中国の複数の学術機関の物理学者が 公開された結果 の フィジカルレビューレター 彼らは、非常に明るく短い赤外線レーザーパルスで照射された後、電子が2原子分子から離れるのにかかる時間を測定したことを示しています。 2原子分子は比較的単純ですが、彼らの実験技術は、より複雑な分子で光が電子とどのように相互作用するかを研究するための「新しい道を開く」と著者らは論文に書いています. （彼らはWIREDとのインタビューに同意しませんでした。）
実験では、研究者は、レーザーからの光子が分子に当たった後、電子が分子から離れるのにかかる時間を測定しました。 具体的には、電子が離陸する前に 3,500 アト秒の間、2 つの原子の間で前後に反響していることを発見しました。 大局的に見ると、これは 3 分の 1 秒かかるまばたきよりも 1,000 兆倍も高速です。
この実験で時間を計るために、研究者は偏光として知られる光の特性を追跡した、とオハイオ州立大学の物理学者アレクサンドラ・ランズマンは言う。 偏波は多くの種類の波の特性であり、それらが振動する方向を表します。 海の波を想像することで分極について考えることができます。 波の山と谷の方向が偏光方向であり、水面に対して垂直であり、波の進行方向に対しても垂直です。
光波は電磁場の振動であり、すべての空間に浸透して電荷を押したり引いたりする力場です。 光が空間を移動すると、この場が振動し、海の波のように、力場の強さが進行方向に対して垂直に上下します。 光の偏光は、フィールドが振動する方向を表します。 特定の方向に偏光した光が電子に当たると、その電子はその方向と平行に前後にトグルします。