科學家突破性發現：利用「扭曲光」精準操控原子

科學家們最近揭開了一項革命性的技術，能夠利用特殊設計的光束來操控「遊離化」過程，也就是原子失去電子的現象。這項技術的核心在於「光學渦旋光束」，這種光束攜帶角動量，能夠精確控制電子如何從原子中脫離。這項發現不僅可能重塑影像技術、提升粒子加速器效能，更為量子計算的發展開啟了新的大門。

原子是構成我們周圍一切物質的基本單位。在某些情況下，原子會失去電子並變成帶電粒子，這個過程稱為「遊離化」。這種現象在閃電、電漿電視，甚至極光中都可以觀察到。然而，過去科學家們認為，他們對遊離化的控制能力相當有限。

由渥太華大學物理系教授Ravi Bhardwaj和博士生Jean-Luc Begin領導的研究團隊，與教授Ebrahim Karimi、Paul Corkum和Thomas Brabec合作，提出了一種突破性的方法，利用特殊結構的光束來操控遊離化過程。這項研究挑戰了傳統觀念，顯示出科學家可以更精確地控制電子如何從原子中脫離。

「我們已經證明，透過使用攜帶角動量的光學渦旋光束，我們可以精確控制電子如何從原子中被彈射出來，」Bhardwaj教授解釋道。這項發現為影像技術和粒子加速器等領域的技術提升開闢了新的可能性。

這項研究在渥太華大學的高階研究綜合體進行了兩年。研究團隊發現，光學渦旋光束的旋轉方向和特性對遊離化速率有顯著影響。透過調整光束中的「零強度區域」位置，他們實現了選擇性遊離化，並引入了一個新概念——「光學二色性」。

這項研究建立在該領域的基礎理論之上，並有可能徹底改變科學家對遊離化的理解。這不僅僅是物理教科書中的內容，它可能帶來更好的醫學影像、更快的電腦，以及更有效的研究材料的方法。特別是在量子計算領域，控制單一粒子至關重要，這項技術尤其具有潛力。

Bhardwaj教授強調了這項突破的重要性：「改變我們對電子彈射方式的思考一直是一個挑戰，但我們的研究證明，使用先進的雷射技術可以帶來影響科學和技術的新發現。」

這項研究成果已發表在《自然通訊》期刊上，標題為「原子和分子中強場遊離化的軌道角動量控制」，DOI為10.1038/s41467-025-57618-8。