第811章 無法被觀測的電子

　　之前賴在光學實驗室沒走，一直參與研究的羅先軍回道：“江總，暫時還有些難度。”

　　“暫時…也就是說未來有機會做到？”

　　“…這個問題我和李教授討論過，但我們都不太確定。”羅先軍緩緩敘述起來：“首先，氫原子的基態電子繞原子核運動一周的時間，我前陣子特意計算過，約為150阿秒…”

　　要想測量氫原子電子的時間，得知道電子的運動軌跡和速度才行。

　　但是，繞核運動的電子又是一個波函數，在量子力學中，科學家們根本沒辦法準確測量一個波函數的速度，也沒辦法知道一個量子的運動軌跡。

　　否則，就不符合量子力學的基本定律。

　　所以，氫原子電子的繞核速度只能通過計算得來，無法實際測量。

　　目前公認的速度為玻爾第一速度。

　　也就是約為光速的1/137。

　　羅先軍繼續說：“這個運動的時間太短了，就算我們的激光脈沖的脈寬能做到0.85阿秒，在不考慮其他條件的情況下，也不大可能捕捉到電子的影像。

　　根據量子力學，電子的位置和速度具有不確定性，它情況基本就是一個波函數，我們無法預知電子的運動機制是連續的，還是閃動的，又或者是其他方式，只能得到一個不確定范圍中的估值。

　　而且，最重要的是，現在的掃描測量手段，根本就無法測量原子核的電子，這是最大的難題。”

　　拋開量子力學的不確定原理，要想捕捉一個電子繞核運動的影像，最大的難題就是攝像技術不夠。

　　在現實生活中，人們之所以能看到影像和用相機捕捉影像，是因為接收到了電磁波，比如光。

　　但是，如果一個地方沒有光，沒有電磁波，那就無法看到這個地方的任何影像了。

　　而氫原子內，就是這么一個情況。

　　在一個沒有受到激發的氫原子內部，這里沒有光，沒有電磁波，只有一個處于量子態的電子在繞核做著不規則的，無法預測軌跡的運動。

　　科學家雖然知道電子的存在，但卻無法直接觀察它。

　　縱觀科學歷史，一直以來人們都只能通過某些手段間接觀察電子的影像，而無法直接捕捉到它的影像。

　　因為，核內電子本身是不發光的。

　　李開山接過話說：“捕捉核內電子的運動影像，屬于世界性的難題，目前整個科學界都沒辦法，甚至連線索都沒有。

　　我和羅教授嘗試了很多種辦法，也沒能摸索出正確的解決方向，距離真正做到捕捉核內電子的運動影像，還遙遙無期，感覺只有顛覆現有物理大廈的技術才能做到吧。

　　不過，基態的核內電子不好觀測，但是，因為我們的激光脈沖進入了仄秒階層。

　　所以我和羅教授根據超短超強激光技術的資料導向，開發了一種仄秒光譜技術，已經初步實現了對電子能態改變的觀測。”

　　要想直接觀測一種能態下的電子的運動情況，那絕無可能，至少現在人類所掌握的物理規則是不允許的。

　　“仄秒光譜技術？”江博念叨道。

　　李開山道：“是的，我們這個想法的基本原理是這樣的，不能直接觀察一種能態下的電子，那么，總可以間接地研究在這個電子受到外部能量激發，發生躍遷后的能態改變情況吧？

　　一前一后，總會有變化，只要把握住這種變化的數據情況，就能知道電子在這段時間內的改變情況，同時還能獲知電子在躍遷前和躍遷后的基本位置。

　　具體怎么回事兒，江總您這邊來，我們為您動畫演示一遍，先軍，東西做好了吧？”

　　“做好了，昨晚剛弄完。”羅先軍點頭道。

　　“那就由你向江總講解吧。”

　　“好。”

　　來到一個多媒體會議室，羅先軍打開大屏幕，播放幻燈片，為江博講解起了仄秒光譜技術的要點。

　　江博當下無事，同時也比較好奇。

　　另外，根據系統的尿性，他感覺如果將超短超強激光技術中所提到的‘電子之謎’給解開之后，應該會有一筆極為豐富的積分獎勵。

　　這種涉及基礎物理科學的重大突破，感覺或許十萬積分都不止，指不定二十萬，甚至更多。

　　于是，他便坐在一根凳子上認真聽了起來。

　　羅先軍指著屏幕講解道：“仄秒光譜技術，是將激光脈沖技術與電子顯微技術結合起來。

　　在觀測電子能態改變的實驗中，我們首先通過鄭教授和周教授那邊的幫助，拿到了一種可以專門捕捉和操控單個原子的超導強磁設備。

　　我們通過發射一種800nm波長的紅色激光脈沖，激發氫原子內的電子，而再用一種266nm波長的藍色激光脈沖，負責測量電子的運動。

　　這兩種波長的激光脈沖，脈寬都極為短暫，達到了0.85阿秒。”

　　羅先軍指了指屏幕上的畫面，翻了一頁，又接著道：“一般情況下，氫原子受到光照后，繞核電子會吸收光能，從低能態躍遷到高能態。

　　這個時候，如果光脈沖持續的時間足夠短，輸送的能量足夠強，那么電子會在氫原子中發生短暫的響應，發生輻射，釋放吸收的能量。

　　而沒了剛才吸收的能量，這種被激發的電子，又會快速落回原本的基態。

　　利用那種測量電子運動的藍色激光脈沖，可以有極大的幾率跟蹤捕捉到電子落回基態瞬間的情況。

　　當然，這個數值非常短暫，因為這束藍色激光脈沖一旦接觸到電子所在的能級，就會再次讓電子受激躍遷到高能態。

　　經過在極短的時間尺度內，連續對氫原子的電子進行上百次反復的激發測量，便能捕捉到電子落回基態時和受激躍遷到高能態時的上百種情況的數據。

　　將這上百種情況的數據進行匯總后，我們制作出了兩幅關于氫原子電子在小時間尺度內的三維位置圖。”

　　羅先軍話到這里，屏幕上出現了兩幅三維圖。

　　第一幅圖的中央是由兩個上夸克和一個下夸克組成的質子，質子四周則是上百個淡藍色的點，且沒有任何一個點是重合的，這倒也符合量子力學的不確定性原理。

　　據羅先軍介紹，這是根據電子落回基態時的數據制作出來的圖。

　　第二幅圖則把藍點換成了明亮的紅點，是電子在受到激發后，躍遷到高能級時的位置圖，同樣沒有一個點是重合的。

　　以江博那280點的智力，他看得若有所思。

　　羅先軍等人的研究，說實話，依舊不算是對電子能態變化進行了直接觀測，只是根據電子的能級變化的數據，而制作出來的位置圖，而不是實際的觀測圖。

　　雖然與真實情況很相近，但就像是看煙花時隔著一層保護膜，區別還是有的。

　　不過，能做到這種程度，已經算是領先全球了。