Аттосекунда — единица измерения времени¶

Аттосекунда (обозначение: ас, англ. attosecond) — единица измерения времени в Международной системе единиц (СИ), равная одной квинтиллионной доле секунды, или 10⁻¹⁸ секунды. Для сравнения: одна секунда содержит столько же аттосекунд, сколько секунд содержится примерно в 31,7 миллиарда лет — то есть более чем в два раза превышает возраст наблюдаемой Вселенной. Аттосекунда является одной из наименьших используемых в физике единиц времени и служит естественной временно́й масштабой для описания процессов, происходящих в атомах и молекулах.

¶Степени и масштаб

Для наглядности: если одна секунда масштабировать до возраста Вселенной (около 13,8 млрд лет), то аттосекунда в этой же масштабной модели соответствовала бы доле секунды.

¶Происхождение названия

Название «аттосекунда» образовано от латинского числительного atto, означающего «восемь» (в системе СИ приставка «атто» обозначает множитель 10⁻¹⁸, поскольку восемь — это порядок этой приставки в шкале от 10⁻¹ до 10⁻²⁴). Единица была утверждена Генеральной конференцией мер и весов в 1991 году вместе с рядом других приставок малых величин (ronto, quecto, ronna, quetta).

¶Физическое значение

Аттосекундный временно́й масштаб соответствует динамике электронов в атомах. Период обращения электрона на первом орбитальном уровне атома водорода составляет около 150 аттосекунд. Именно поэтому аттосекунды являются естественной единицей для изучения поведения электронов внутри атомов и молекул — процессов ионизации, перераспределения электронной плотности, переноса заряда.

¶Получение аттосекундных импульсов

Первые аттосекундные световые импульсы были получены в начале 2000-х годов. Основной метод их генерации — генерация высших гармоников (High Harmonic Generation, HHG): интенсивный лазерный импульс фемтосекундной длительности фокусируется в газовую мишень, и в результате нелийнного взаимодействия излучается когерентная коротковолновая радиация, состоящая из нечётных гармоник лазерного поля. При适当的 подборе условий спектр этих гармоник простирается до мягкого рентгеновского диапазона, а их суперпозиция формирует импульсы длительностью в сотни аттосекунд.

В 2001 году группа Ференца Крауса и Тодда Дитмайра (Австрия, Венский технический университет) получила первый световой импульс длительностью 650 аттосекунд. В 2008 году была продемонстрирована генерация импульсов около 80 аттосекунд.

¶Нобелевская премия по физике 2023 года

В октябре 2023 года Нобелевская премия по физике была присуждена Анне Л’Элье (Франция/Швеция) и Ференцу Краусу (Австрия/США) «за экспериментальные методы генерации аттосекундных импульсов света для изучения динамики электронов в веществе». Третий лауреат, Пьер Агостини (США), получил половину премии совместно с Краусом за разработку метода RABBITT (Reconstruction of Attosecond Beating By Interference of Two-photon Transitions), позволившего измерять длительность аттосекундных импульсов.

¶Применение

Аттосекундная физика позволяет:

• наблюдать движение электронов внутри атомов и молекул в реальном времени;
• изучать процессы фотоионизации и переноса электронного заряда;
• исследовать когерентную динамику молекул;
• разрабатывать новые методы спектроскопии в мягком рентгеновском диапазоне;
• потенциально создавать приборы, работающие на аттосекундных временно́х масштабах (электроника будущего).

¶Аттосекунда в контексте других единиц

Следует различать аттосекунду (10⁻¹⁸ с) и йоктосекунду (10⁻²¹ с) — последняя используется в ядерной физике для описания времени прохождения нейтрона через атомное ядро. Аттосекунда, напротив, характеризует электронную динамику на внешних оболочках атомов.

Источники:

• Брошюра BIPM «СИ» (Système international d'unités)
• Нобелевский комитет по физике, научное обоснование премии 2023 года
• Ferenc Krausz, attosecond physics reviews (Reviews of Modern Physics)
• Paul Corkum, «Attosecond science», Physics Today