康斯坦茨大学的物理学家产生了人类有史以来最短的信号之一：使用成对的激光脉冲，他们成功地将一系列电子脉冲压缩到数值分析持续时间仅为0.0000000000000000000000005秒。

万亿分之一秒光子对将电子束压缩成短脉冲

发生在分子或固体中的自然过程有时以千万亿分之一(飞秒)或五千万分之一(阿秒)秒的时间尺度运行。核反应甚至更快。现在，来自康斯坦茨大学的科学家MaximTsarev、JohannesThurner和PeterBaum正在使用一种新的实验装置来获得阿秒持续时间的信号，这为超快现象领域开辟了新的视角。

甚至光波也无法达到这样的时间分辨率，因为单次振荡需要的时间太长了。电子在这里提供了一种补救措施，因为它们可以显着提高时间分辨率。在他们的实验装置中，康斯坦茨研究人员使用来自激光的成对飞秒闪光在自由空间光束中产生极短的电子脉冲。结果发表在《自然物理学》杂志上。

科学家们是如何做到的?

与水波类似，光波也可以叠加形成驻波或行波波峰和波谷。物理学家选择了入射角和频率，以便以光速一半的速度在真空中飞行的共同传播电子与速度完全相同的光波峰和波谷重叠。

然后，所谓的有质动力将电子推向下一个波谷的方向。因此，在短暂的相互作用之后，会产生一系列时间极短的电子脉冲——尤其是在脉冲序列的中间，那里的电场非常强。

在短时间内，电子脉冲的时间持续时间仅为大约5阿秒。为了理解这个过程，研究人员测量了压缩后电子的速度分布。

物理学家约翰内斯·瑟纳(JohannesThurner)解释说：“您看到的不是输出脉冲的非常均匀的速度，而是由于压缩过程中某些电子的强烈减速或加速而导致的非常广泛的分布。”“但不仅如此：分布并不平滑。相反，它由数千个速度步长组成，因为一次只有全部数量的光粒子对可以与电子相互作用。”

研究意义

这位科学家说，从量子力学的角度来看，这是电子在不同时间经历相同的加速后与自身的时间叠加(干涉)。这种效应与量子力学实验相关——例如，电子与光的相互作用。

同样值得注意的是：像光束这样的平面电磁波通常不会引起电子在真空中的永久速度变化，因为大质量电子和零静止质量光粒子(光子)的总能量和总动量不能守恒。然而，让两个光子同时在一个波中以比光速慢的速度传播可以解决这个问题(Kapitza-Dirac效应)。

对于康斯坦茨大学物理学教授兼光与物质小组组长彼得鲍姆来说，这些结果显然仍属于基础研究，但他强调了未来研究的巨大潜力：“如果一种材料受到我们两个短脉冲的撞击在可变的时间间隔内，第一个脉冲可以触发变化，第二个脉冲可以用于观察——类似于照相机的闪光灯。”

在他看来，最大的优势在于实验原理不涉及任何物质，一切都发生在自由空间中。原则上，将来可以使用任何功率的激光器来进行更强的压缩。“我们新的双光子压缩使我们能够进入新的时间维度，甚至可能拍摄核反应，”鲍姆说。