科学家们观察到，在施加X射线时，分子内部电子行为中出现了极其短暂的时间延迟。为了捕捉这些被称为阿秒的快速事件，研究人员利用激光产生强大的X射线闪光，使他们能够探索原子的内部功能。
一个国际研究团队首次识别出分子在暴露于X射线时，电子活动中的显著短暂时间延迟。
为了追踪这些短暂的高速事件，即阿秒，科学家们使用激光产生强烈的X射线闪光，这有助于绘制原子的复杂过程。
他们的研究表明，当X射线将电子轰出时，这些粒子与另一种电子，即奥杰-梅特纳电子发生相互作用，导致了一种先前未被探测到的次级暂停。研究的作者之一、俄亥俄州立大学物理学教授Lou DiMauro指出，这些发现可能会影响各个研究领域，因为理解这些相互作用可能会激发关于复杂分子行为的新颖想法。
“X射线是探测物质的迷人工具，”DiMauro解释道。“它们可以让我们在化学反应过程中捕捉到分子一系列详细的快照。”
这项研究最近发表在《自然》杂志上。
虽然在过去二十年里，利用紫外光研究阿秒延迟取得了显著进展，但由于生成所需的复杂仪器受限，这项任务仍难。
这种困难导致俄亥俄州立大学名誉教授Pierre Agostini因他在开发用持续数百阿秒的光脉冲研究电子动态方法方面的之前的工作，获得2023年诺贝尔物理学奖。
根据DiMauro的说法，最近的进展，如斯坦福大学SLAC国家加速器实验室的大型自由电子激光设施Linac Coherent Light Source（LCLS），使得生成和可视化这些脉冲变得显著容易。
使用LCLS，研究团队考察了电子在一氧化氮分子中的存在，重点关注位于分子氧核附近的电子。他们发现了长达700阿秒的意外延迟，表明更复杂的因素可能会影响这些现象，正如本研究的另一位作者、俄亥俄州立大学的物理学教授Alexandra Landsman所提到的。
“我们研究了从原子深处移除电子时会发生什么，我对这些紧密结合的电子所涉及的动态复杂性感到惊讶，”Landsman表示。“这表明行为远比之前认为的更复杂，需要改进理论框架以准确描绘光与物质的相互作用。”
尽管需要进行更多研究以加深对这些相互作用的理解，但揭示之前隐藏的细节为科学家们提供了新的探索角度，DiMauro表示。
例如，如果研究人员能够增强对分子内部粒子行为的理解，一些专家相信他们的发现可能在开发早期癌症检测技术中发挥关键作用，比如利用分子标记来诊断血液癌症或识别恶性肿瘤。
此外，这项研究表明，研究人员可以利用阿秒科学的进展以及理论模型，以极小的尺度观察物质，并更详细地研究物理宇宙的更广泛奥秘。
“我很兴奋看到阿秒脉冲将如何促进进一步的科学发现、工程进步以及我们对自然的理解，”DiMauro表示。“本文提出的概念暗示了一个有望实现重大增长的领域。”
这项研究由美国能源部科学办公室和基础能源科学办公室资助。斯坦福大学SLAC国家加速器实验室的高级科学家、俄亥俄州立大学校友James Cryan是该研究的第一作者，俄亥俄州立大学的Lisa Ortmann也作为共同作者参与了研究。
