阿秒：时间新尺度

说到极短的时间，大家可能会想起电光石火、昙花一现、稍纵即逝、弹指之间等词语，但是这些词语都难以准确描述人类目前已知的最短时间尺度——阿秒。阿秒有多短？一阿秒等于一百亿亿分之一秒。一秒的时间里，光大约可以前进30万千米；而一阿秒的时间里，光只能前进约0.3纳米。

物质由分子、原子、电子等不同层次的微观粒子组成。在研究这些微观粒子运动状态的过程中，科学家先后发现了毫秒、微秒、纳秒、皮秒和飞秒的级别，在皮秒的时间尺度中可以观测到分子的运动，在飞秒的时间尺度中可以观测到原子的运动。而在构成物质的微观粒子中，电子的运动速度是最快的，在从毫秒到飞秒的时间尺度中难以实时观测电子的运动。

皮埃尔·阿戈斯蒂尼等三位物理学家发现了一种产生极短光脉冲的方法，即阿秒脉冲。这种方法可以用于测量原子内部的电子运动和改变能量的快速过程，为人类探索电子世界提供了新工具——阿秒激光。这种激光是科学家利用非线性光学原理创造出来的，通过高强度激光与气体相互作用生成：高强度激光通过气体，从气体分子中提取电子之后使它们重新合并，从而产生阿秒时间尺度的X射线或极紫外线脉冲。这是科学发展史上的重大突破。科学家通过这个“超高速摄像机”可以像观看电影慢动作回放镜头一样，观察电子在原子内部的运动，让观测电子运动成为现实。

科学家预计阿秒激光能在科学领域大显身手，比如在物理学领域，阿秒激光可以让科学家对材料性质的研究深入物理学更本质的层面；在超导领域，阿秒激光可以帮助科学家观察电子和超导材料其他部分的晶体的相互作用过程，了解超导材料能产生超导现象的原因，制造出更新型的超导材料；在航天领域，太空高能离子辐射会造成航天材料的损伤，阿秒激光能在损伤最开始时捕捉到航天材料微观世界的细微变化，有助于科学家了解损伤的机理，制造更好的材料保护航天器；在化学领域，科学家有望通过阿秒激光精确设计和控制化学反应的方向，减少副产物的产生；在医学领域，阿秒激光可以筛选出癌症早期患者，精确诊断和治疗微观病灶；在计算机领域，阿秒激光可以帮助人们设计、制造更强大的计算机芯片，从而实现更快速度的量子计算。

2025年1月10日，在广东省东莞市，国家重大科技基础设施——先进阿秒激光设施正式开工建设。这个具有世界先进水平的综合性超快电子动力学研究设施建成后，将成为亚洲首个、世界第二个阿秒激光大科学装置，覆盖从纳米-软X射线到毫米-太赫兹全波长，可以跟踪、测量与操控电子运动，开展超高时间分辨、空间分辨、能量分辨的光、电、磁、热综合实验。这个设施能帮助科学家深入探索物质状态的演化规律，为我国在科学前沿基础研究领域实现重大突破提供关键技术保障，为研究物理、化学、材料、信息、生物医学等学科中的重大科学问题提供全新的技术手段。

人们在形容效率极快的时候常说“分秒必争”。在人类对时间的定义精确到阿秒的现在，科研和生产开启了“阿秒必争”的新时期。