量子突破：捕捉電子運動的驚人速度

科學家們提出了一種革命性的方法——超快渦旋電子衍射，以前所未有的精確度觀察分子中電子的運動。這種方法利用螺旋狀的電子束，隔離出電子的相干行為，為量子動力學和能量轉移提供了新的見解。電子在原子核周圍的振盪時間極短，通常在幾百阿秒（一阿秒是十億分之一秒的十億分之一）內完成一個週期。由於其超快運動，直接觀察分子中電子的行為一直是一大挑戰。

現在，加州大學聖地亞哥分校化學與生物化學系的研究人員提出了一種新方法，使得視覺化電子運動成為可能。這種新方法描述了一種名為超快渦旋電子衍射的實驗概念，它可以在阿秒時間尺度上直接視覺化分子中電子的運動。該方法的關鍵在於使用一種特殊的電子束，它在行進過程中呈螺旋狀，從而能夠精確追蹤電子在空間和時間上的運動。這種方法對電子相干性特別敏感，即電子以同步、和諧的方式運動。

透過有效地將這種相干電子動力學與其他競爭過程隔離，這項技術為研究量子過程（如能量轉移和先進材料中的電子行為）提供了新的機會，從而更深入地瞭解分子和材料的基本行為。該技術對電子相干性的卓越敏感性，為視覺化分子中的超快量子現象開闢了新的可能性，使我們更接近在最基本層面上控制化學反應的終極目標。

這項研究由加州大學聖地亞哥分校的吳浩偉和雍海旺領導，並於2025年2月19日發表在《物理評論快報》上。他們的研究部分得到了W. M. Keck基金會的支援，並使用了加州大學聖地亞哥分校W. M. Keck整合生物學實驗室的計算資源。