2023年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)由三位科學(xué)家分享。瑞典皇家科學(xué)院3日宣布，今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)將授予美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)教授皮埃爾·阿戈斯蒂尼和德國(guó)慕尼黑大學(xué)物理學(xué)教授費(fèi)倫茨·克勞斯?？藙谒购腿鸬渎〉麓髮W(xué)原子物理學(xué)教授安妮·惠利爾（Anne L'Huillier），“他們創(chuàng)造了一種用于研究物質(zhì)中電子動(dòng)力學(xué)的阿秒激光脈沖實(shí)驗(yàn)方法?！?

“可以想象，這三位科學(xué)家共同‘發(fā)明’了一臺(tái)‘相機(jī)’，幫助人們觀察微觀世界中粒子的超快運(yùn)動(dòng)。”上海交通大學(xué)激光與等離子體教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授何峰在接受本報(bào)記者采訪解讀今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)時(shí)介紹，三位獲獎(jiǎng)科學(xué)家都是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。基于他們對(duì)超快激光科學(xué)和阿秒物理學(xué)的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)，人們已經(jīng)能夠了解微觀世界。觀察原子、分子和固體中電子的運(yùn)動(dòng)并對(duì)其進(jìn)行成像。

值得一提的是，盧利爾也成為第五位女性諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者。

又一個(gè)里程碑！脈沖激光器已從皮秒升級(jí)到阿秒

自然界中的各種物理過程都有不同的運(yùn)動(dòng)時(shí)間尺度。例如，運(yùn)動(dòng)員一般每秒劃水一次，劃水過程用肉眼就能清晰辨別；子彈穿透蘋果的過程無(wú)法用肉眼捕捉到，但可以借助高速攝像機(jī)以慢動(dòng)作捕捉。相比之下，自然界微觀世界中的粒子運(yùn)動(dòng)速度要快得多，甚至無(wú)法用高速相機(jī)捕捉到。以氫原子為例，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間是10的負(fù)18次方的150倍。為了能夠清楚地看到原子內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)，需要一臺(tái)曝光時(shí)間短至阿秒的超快相機(jī)。阿秒激光脈沖就是這樣的相機(jī)。

一阿秒是10 的負(fù)18 秒次方。那么，阿秒有多短？上海理工大學(xué)太赫茲技術(shù)創(chuàng)新研究院朱一鳴教授打了個(gè)比方：目前能觀測(cè)到的最長(zhǎng)時(shí)間尺度是宇宙的年齡，約為140億年。一阿秒比一秒相當(dāng)于一秒比整個(gè)宇宙的年齡。

他接著解釋說(shuō)，激光根據(jù)發(fā)光時(shí)間的長(zhǎng)短，一般分為連續(xù)激光和脈沖激光。連續(xù)激光器可長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)生激光，但輸出功率較低。脈沖激光器的工作方式是間隔地發(fā)射小間隔的光脈沖，其峰值功率很高。從1960年激光誕生到隨后的20世紀(jì)80年代，脈沖激光的單脈沖時(shí)間可以達(dá)到皮秒級(jí)別。

此次獲得諾貝爾獎(jiǎng)的三位科學(xué)家將脈沖激光從皮秒提升到了阿秒級(jí)別。

其中，Loulier從事原子與短強(qiáng)激光脈沖相互作用的研究。從20世紀(jì)80年代初到現(xiàn)在，她一直在研究高次諧波——，這是產(chǎn)生阿秒激光脈沖的必要物理過程。 1987年，她參與了第一次產(chǎn)生高次諧波的實(shí)驗(yàn)。

Agostini于1979年首次發(fā)現(xiàn)激光與原子相互作用時(shí)的多光子電離效應(yīng)。這一效應(yīng)和高次諧波的產(chǎn)生是強(qiáng)激光與原子相互作用的兩個(gè)典型過程。此外，阿戈斯蒂尼還發(fā)明了一種測(cè)量阿秒脈沖鏈（由多個(gè)阿秒脈沖組成）寬度的方法。

20 世紀(jì)90 年代，Kraus 在維也納技術(shù)大學(xué)時(shí)就對(duì)使用激光器產(chǎn)生超短光脈沖感興趣?？藙谒沟谝淮瓮ㄟ^實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了孤立的阿秒激光脈沖，這比產(chǎn)生阿秒脈沖鏈更困難。此外，他使用孤立的阿秒激光脈沖在原子尺度上對(duì)電子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。談到這一點(diǎn)，何峰舉了一個(gè)例子，“如果說(shuō)孤立的阿秒脈沖是人類觀察微觀世界的‘眼鏡’，那么克勞斯就是第一個(gè)制造出這種‘眼鏡’的人?！?

阿秒級(jí)設(shè)備的日益普及，為改變物理世界帶來(lái)更多可能

可以說(shuō)，今年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?wù)J可的阿秒激光脈沖技術(shù)，為電子極速超快運(yùn)動(dòng)的研究打開了一扇大門。

“這項(xiàng)技術(shù)不僅對(duì)物理學(xué)的發(fā)展具有重要意義，對(duì)我們認(rèn)識(shí)甚至改變物理世界也具有重要意義，包括促進(jìn)化學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展?！敝袊?guó)科學(xué)院物理研究所魏志毅研究員長(zhǎng)期從事超強(qiáng)激光和阿秒激光脈沖研究。 “眾所周知，上個(gè)世紀(jì)物理學(xué)的重大突破是原子核模型的建立，其中電子發(fā)揮了很大的作用。正是阿秒激光脈沖讓我們能夠觀察到電子的運(yùn)動(dòng)。不僅如此也就是說(shuō)，它也將讓我們對(duì)作用機(jī)制帶來(lái)新的認(rèn)識(shí)，包括高溫超導(dǎo)從應(yīng)用角度來(lái)看，也將給信息、光伏產(chǎn)業(yè)、醫(yī)學(xué)影像、藥物合成等領(lǐng)域帶來(lái)巨大的變革。 ”魏志毅說(shuō)道。

何峰舉了飛秒化學(xué)的例子，飛秒化學(xué)獲得了1991年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。當(dāng)時(shí)科學(xué)家觀察到合成過程中化學(xué)鍵是如何斷裂的，這是飛秒級(jí)別的。原子中電子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間在阿秒級(jí)別，尺度更小。然而，通過激光脈沖觀察微觀電子運(yùn)動(dòng)可以幫助我們更好地了解世界。未來(lái)，人類或許能夠控制化學(xué)和物理變化。例如，化學(xué)醫(yī)學(xué)可以通過人為設(shè)定化學(xué)變化的方向來(lái)進(jìn)行。

“就像，通過這只神奇的‘眼睛’，我們首先看到并了解微觀世界，然后了解世界，最后改變世界。”不過，何峰也坦言，從觀察微觀世界的粒子運(yùn)動(dòng)，到理解這些粒子的運(yùn)動(dòng)，再利用這些規(guī)律來(lái)改變微觀世界，或者讓微觀世界按照我們的想法運(yùn)動(dòng)，仍然是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。 “但無(wú)論如何，現(xiàn)在至少已經(jīng)邁出了重要的一步。”

復(fù)旦大學(xué)物理系研究員陶振生教授也介紹，目前，阿秒級(jí)的設(shè)備和裝置在世界各地的實(shí)驗(yàn)室中越來(lái)越普及，并被科學(xué)家作為一種新的測(cè)量工具使用。觀察和了解電子、原子和分子的運(yùn)動(dòng)過程。

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)迎來(lái)第五位女性獲獎(jiǎng)?wù)?

今年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的三位科學(xué)家都與魏志毅所在的中科院物理研究所有著長(zhǎng)期的聯(lián)系。尤其是克勞斯，他曾擔(dān)任該研究所的名譽(yù)教授，與魏志毅團(tuán)隊(duì)的合作非常密切。

在魏志毅心目中，克勞斯是一位非常有活力和創(chuàng)新精神的科學(xué)家。他不僅在基礎(chǔ)研究和前沿激光技術(shù)方面取得重要成果，而且非常注重應(yīng)用研究成果造福人類。正是他的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃使人類首次獲得了阿秒激光脈沖。

魏志毅還表示，克勞斯近年來(lái)在中紅外飛秒激光器的研究方面取得了新突破，希望通過與醫(yī)療領(lǐng)域的合作，實(shí)現(xiàn)癌癥的早期診斷。 “他在這個(gè)領(lǐng)域做了很多有價(jià)值的工作。 ”

64歲的盧利爾成為第五位獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的女性。何峰告訴記者，盧里爾的研究非常扎實(shí)。她在高次諧波領(lǐng)域的研究已經(jīng)持續(xù)了幾十年，可以說(shuō)持續(xù)了幾十年，時(shí)至今日她仍然繼續(xù)在這個(gè)領(lǐng)域工作。 “這也是她在這一領(lǐng)域不斷取得新成果的重要原因之一?！?

盧利爾出生于巴黎。她曾在接受采訪時(shí)表示，1969年首次載人登月的阿波羅11號(hào)任務(wù)極大地激發(fā)了她對(duì)科學(xué)的興趣。她的祖父是一位從事無(wú)線電通信的電氣工程教授，這讓她對(duì)科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了極大的熱情，后來(lái)成為實(shí)驗(yàn)阿秒物理學(xué)的領(lǐng)軍人物。作者：姜鵬褚淑婷編輯：姜鵬