德国极远紫外激光器挑战爱因斯坦

5月6日消息，据美国《连线》杂志报道，一项最新研究指出，超强激光可以激发从原子内部发射出的电子束。这种光电效应的扩展，促使物理学家必须重新考虑光什么时候是波，什么时候是粒子。光电效应是指一个光子把原子边缘的一个电子撞掉。 　　德国柏林国家物理技术研究所(Physikalisch-Technische Bundesansalt)的马西亚斯·里克特是发表在美国《物理评论快报》上的这项研究的论文作者。他说：“光电效应是用来证明光具有粒子特征的最著名的效应。现在我们说，如果你采用这些高强度激光器，用光波图能更好地描述光电效应。”19世纪30年代以来，科学家一直用光来从原子激活(获取)电子。科学家根据光电效应制成了早期的摄影机、数码相机、太阳能电池、夜视镜，并使爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖。
　　物理学家认为电子的能量应该根据光的强度而定，或者根据它在特定时间段内向指定区域输入多少能量而定。因此当1902年一位德国物理学家证实了电子的能量是由光的颜色(或频率)而定时，他们都感到特别吃惊。三年后爱因斯坦指出，光既是光波又是粒子，从而帮助解决了这个谜题。被称作光子的光粒子携带多少能量要根据它们的频率而定。但是爱因斯坦从没用极其强烈的光做过这种实验。在最初的光电效应试验中，一个光子被用来击出一个电子，就像一颗台球击中另一颗台球一样。第一个被击出的电子是位于最外层的电子，因为原子保持它们所需的能量更少。
　　在这项最新研究中，物理学家利用X射线激光器发射氙原子，这种激光器利用极端紫外线能量范围的光子发射原子，它的强度大约是可见光的40倍。氙原子一次失去21个电子，这表明它同时被50个光子击中。不仅如此，而且被击出的第一批电子来自原子的内部区域，这就如同你从第二层开始剥洋葱一样。俄亥俄州立大学的物理学家路易斯·迪马尔洛在加利福尼亚州使用高能X射线激光器——直线性连续加速器光源(Linac Coherent Light Source)进行研究，他说：“我们把一个原子放入这些强激光束下时，我们一般会从最外层开始分拆电子。如果他们说的是正确的，光源会从内层开始剥掉原子的电子。我认为这种说法很有道理。”
　　里克特认为，进入的光子不仅像台球，它还像波。他说：“用单一的光子很难描述它。我们把它们看成一个相互作用，共同合作的团体会更好理解一些。”光能破坏了内部电子的稳定性，促使它们突然摆脱原子的束缚。它们的飞出为外层电子进入提供了洞口，它们在运行期间释放的能量，会使更多电子摆脱原子的束缚。里克特说：“这是爱因斯坦的光电效应的完美扩展。这是极端环境下的光电效应，用光波图比用粒子图更容易解释它。”虽然迪马尔洛警告说，人们需要对这个观点进行更加严格的检验，但是他说：“这是一个令人倍感兴奋的研究结果。我认为他们的推测有一定道理，但是这些只是有关这种基本方法的首批试验。要想知道它是否正确，还需要更多证据。”