來自慕尼黑工業大學（TUM）激光和 X 射線物理學教授 Reinhard Kienberger 在今年前發起了一項活動，在美國斯坦福直線加速器中心（SLAC）進行了飛秒範圍的重要測量。現在，一個大型的國際研究小組已經開發出一種方法來繞過 XFELs 的這個問題，並通過測量氖氣中的一個基本衰變過程來證明其有效性。
然而，在這些微不足道的時間尺度上，一方面是在樣品中引發反應的 X 射線脈衝，另一方面是“觀察”它的激光脈衝，要做到同步是非常困難的。這個問題被稱為時間抖動（timing jitter），它是目前在 XFELs 上進行時間分辨實驗的主要障礙，其分辨率越來越短。
許多生物系統以及一些非生物系統–在被來自 XFEL 的 X 射線脈衝激發時受到損害。損害的原因之一是被稱為俄歇衰變（Auger decay）的過程。X 射線脈衝將光電子從樣品中彈出，導致它們被外殼中的電子取代。當這些外層電子鬆弛時，它們會釋放出能量，隨後會誘發另一個電子的發射，即所謂的俄歇電子（Auger electron）。
輻射損傷是由強烈的 X 射線和持續發射的俄歇電子造成的，它可以迅速地使樣品退化。在研究不同分子的實驗中，為這種衰變計時將有助於規避輻射損傷。此外，俄歇衰變是研究物質的奇異、高度激髮狀態的一個關鍵參數，而這隻能在XFELs 進行研究。
為了繪製俄歇衰變圖，科學家們使用了一種被稱為自我參照的阿托秒條紋（attosecond streaking）的技術，該技術基於對數千張圖像中的電子進行測繪，並根據數據的整體趨勢推斷出它們的發射時間。
對於他們的方法的第一次應用，該團隊使用了氖氣，在那裡的衰變時間在過去已經被推斷出來。在將光電子和俄歇電子暴露在一個外部的”條紋”激光脈衝中后，研究人員確定了它們在數以萬計的單獨測量中的最終動能。
幫助制定實驗設計的 Reinhard Kienberger 教授說：“至關重要的是，在每次測量中，俄歇電子與條紋激光脈衝的相互作用總是比最初位移的光電子稍晚，因為它們的發射時間較晚。這個不變的因素構成了該技術的基礎。通過結合這麼多單獨的觀察，該團隊能夠構建一個詳細的物理過程圖，從而確定光和俄歇發射之間的特徵時間延遲”。
更多信息訪問：Clocking the Movement of Electrons Inside an Atom – Down to a Millionth of a Billionth of a Second.