阿秒硬X射线脉冲强度纪录刷新

来自日本东京大学、德国电子同步加速器研究中心等机构的科学家，利用欧洲X射线自由电子激光装置（XFEL），制造出极短且强度空前的硬X射线闪光，所得脉冲峰值强度超过1020瓦/平方厘米，刷新阿秒硬X射线脉冲强度世界纪录。相关成果发表于最新一期《光学》杂志。

硬X射线波长极短，穿透力强。实验中，团队采用先进的柯克帕特里克—贝兹（AKB）光学系统，将X射线聚焦于比人类头发横截面小约10万倍的区域，焦斑仅180×330纳米。X射线闪光在两面精密镜面上各反射两次，垂直与水平方向依次聚焦，最终汇聚成微小而极强的光点。所得脉冲持续时间约300阿秒。1阿秒等于10-18秒，是目前人类能驾驭的最短时间尺度之一，专为捕捉原子内部电子的超快运动而生。

此前，团队已在XFEL展示太瓦级（1012瓦）阿秒硬X射线脉冲。此次，团队通过将脉冲照射铜箔独立验证，其峰值强度超过1020瓦/平方厘米。X射线从铜原子深内壳层击出电子，留下“空穴”，其他电子填补空穴时发出X射线。在极高强度下，这些光刺激其他受激铜原子朝同一方向发射更多X射线，放大信号——这一过程称为放大自发辐射（ASE）。

与普通荧光向四面八方散射不同，一旦超过ASE阈值，光便沿正向聚集成锥状。团队观察到，ASE信号随脉冲能量增加迅速攀升，但在更高能量下趋于饱和。这种“饱和”行为仅在极高X射线强度下才会出现。

这一突破意味着，科学家如今可借助阿秒X射线探索X射线与物质间强烈的非线性相互作用，甚至有望在化学反应中操控电子行为。XFEL预计2027年初交付自有AKB系统，届时研究人员将能利用短而强的X射线闪光，在样本被X射线实质性破坏前捕获电子信息。