光子是电磁场的量子化形式，光子不仅携带着电磁场的能量，还携带着动量。当光子与物质作用并被吸收时，其能量以及动量均被吸收。被吸收的能量可以转化为诸如物质的热能，而被吸收的动量显示为光压作用在物质上。近年来，随着激光技术的发展，激光与物质的作用成为了学界的热门研究领域。在与原子的作用中，强激光脉冲的电场可以将原子核的库伦势压低，形成一个势垒，从而束缚态电子可以从中隧穿电离出来。最近，隧穿电离过程中光子动量传递给电离电子的物理过程受到了广泛关注。然而，此前的研究仅局限于整个激光脉冲向电离电子传递的光子动量，而没有对光子动量在震荡光场亚周期时间尺度传递给电子的超快动力学过程的研究。

倪宏程研究员课题组采用阿秒钟手段首次研究了光子动量亚周期超快传递过程。阿秒钟使用椭圆偏振的近红外飞秒激光脉冲对光电子进行角度调制，其中电子出射角度ϕ_p取决于电子电离时刻激光脉冲的瞬时矢势。这样，通过测量电子出射角度就可以还原电子的电离时刻。于是，激光偏振面上旋转的矢势可以作为阿秒钟的指针对激光传播方向的光子动量传递p_z进行亚周期时间分辨（见图1）。

图2(b1)和图2(b2)清晰地显示了激光传播方向光子传递给电子的动量p_z随着偏振面上的电子出射角度ϕ_p的变化（蓝色、橙色线），同时还显示了不同出射方向ϕ_p上的电子电离率P_I（红色、绿色线）；图2(b1)和图2(b2)的不同之处在于脉冲的载波包络相位。可以很明显地看出，在电子电离率最大的时刻（或出射角度），光子传递给电子的动量是最小的！这种看似不寻常的结果，其根源在于光子的动量传递主要是由电离时刻的脉冲矢势决定的，而电离率则是由脉冲电场决定的，脉冲电场和矢势间的90度相移导致了这样的结果。此外，隧穿电离过程中的非绝热效应也对光子动量传递造成了可观测的影响，见图2(c1)和图2(c2)中所示的Δp_z。

由于光子的动量传递是激光场的非偶极效应导致的，该工作首次发现了隧穿电离过程中非偶极效应与非绝热效应的耦合作用，并为该耦合作用的亚周期时间分辨铺平了道路。文章发表于Phys.Rev.Lett.125, 073202 (2020).（注：严格来讲，亚周期时间尺度上并不存在光子的概念，本文为了表述方便仍然采用了光子图像。）

图1：阿秒钟原理图。该图表示椭圆偏振激光隧穿电离电子的动量分布图，其中x-y平面为偏振面，z方向为激光传播方向。激光电场以及矢势在偏振面内旋转，从而为光子传递给电子的动量p_z提供亚周期时间分辨。

图2：(b) 电离率P_I（红色、绿色线）以及电子动量p_z（蓝色、橙色线）随电子出射角度ϕ_p的变化。(c) 隧穿过程非绝热效应对不同出射角（或电离时刻）电子获得光子动量的影响。左栏(1)和右栏(2)的区别在于脉冲的载波包络相位。