空气中的许多分子，例如氮气、氧气等，都处于自由转动的状态，它们的分子转动轴是随机分布的。如果对这些分子施加一束具有偏振特性的超短激光脉冲，那么将可以使分子转动轴沿着激光偏振方向瞬时地排列起来。脉冲过后这些分子又会发生弛豫从而再次呈现随机的分布。

　　近期有研究发现，如果在短暂的延时之后再施加一束具有偏振特性的激光脉冲，则会在两束脉冲过后引起一个新的分子排列信号，如图1所示。这种现象跟山谷中的回声很类似，仿佛是第一束激光引起的排列信号被第二束光来回反射使其周期性的重现，这就是分子的回声现象。

图1 两束激光脉冲引起的分子排列回声现象示意图

　　华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室吴健和曾和平教授的研究团队，利用先进的分子符合成像技术(如图2所示)，首次实现了对分子的回声信号的实时成像，同时还观测到了三种新型的回声现象，它们分别是高阶非整数回声，转动回声以及“负”时间回声。该工作于2016年12月16日发表在Phys. Rev. X [6, 041056 (2016)] 上。

图2 分子符合成像技术示意图

　　高阶非整数回声与自由电子激光器的原理有着紧密的联系，该发现为产生超高次谐波提供了新的直观图像。而转动回声是一种空间与时间纠缠在一起的回声信号，通过改变第二束激光的偏振，可以实现对回声时空特性的操控。最不可思议的是“负”时间回声，通常认为回声信号只能出现在激发脉冲之后，而“负”时间回声出现在激发脉冲之前。该研究组巧妙地利用分子排列周期这种量子力学现象，实验观测到了“负”时间延迟处的回声信号。

　　回声现象在很多方面都有着非常重要的应用，例如医学上利用自旋回声进行核磁共振成像。该研究组发现的三种新型分子回声现象为现有的应用提供了新的思路，有望使其得到新的发展。

　　论文链接：http://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.6.041056