瑞典皇家科學(xué)院3日宣布，將2023年諾貝爾物理學(xué)獎授予皮埃爾·阿戈斯蒂尼、費(fèi)倫茨·克勞斯和安妮·呂利耶，以表彰他們將產(chǎn)生阿秒光脈沖的實(shí)驗(yàn)方法用于研究物質(zhì)的電子動力學(xué)。
瑞典皇家科學(xué)院常任秘書漢斯·埃勒格倫當(dāng)天在皇家科學(xué)院會議廳公布了獲獎?wù)呙麊渭爸饕删?。他說，今年的獲獎成果是實(shí)驗(yàn)方法，為人類探索原子和分子內(nèi)的電子世界提供了新工具。
阿戈斯蒂尼是美國俄亥俄州立大學(xué)教授；克勞斯是德國馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所主任和德國慕尼黑大學(xué)教授；呂利耶是瑞典隆德大學(xué)教授。
有人這樣形容阿秒光脈沖，“不管你如何盯著它看，肯定無法看到它，因?yàn)樗某掷m(xù)時間實(shí)在是太短了?！?阿秒到底有多短？目前，人類能觀測到的最長時間尺度是宇宙的年齡——約為140億年；1阿秒等于10的負(fù)18次方秒。也就是說，1阿秒相比1秒，相當(dāng)于1秒相比宇宙的年齡。
昨天，2023年諾貝爾物理學(xué)獎授予皮埃爾·阿戈斯蒂尼、費(fèi)倫茨·克勞斯和安妮·呂利耶，以表彰他們“將產(chǎn)生阿秒光脈沖的實(shí)驗(yàn)方法用于研究物質(zhì)的電子動力學(xué)”。這些實(shí)驗(yàn)為人類探索原子和分子內(nèi)的電子世界提供了新的工具，可測量電子移動或改變能量的快速過程。
為基礎(chǔ)科研提供新工具
“此次獎勵的是三位物理學(xué)家的實(shí)驗(yàn)工作，安妮·呂利耶第一個通過實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了高次諧波平臺區(qū)光譜，這是產(chǎn)生阿秒光脈沖的實(shí)驗(yàn)技術(shù)基礎(chǔ)，其他兩位科學(xué)家觀察到了阿秒光脈沖產(chǎn)生的直接證據(jù)。”復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授陶鎮(zhèn)生告訴記者。
科學(xué)家為什么要在這么短的時間尺度內(nèi)制備激光脈沖？上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院激光等離子體教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授何峰告訴記者，為了看清一些非常快的過程，如子彈穿過蘋果的瞬間，科學(xué)家發(fā)明了高速攝像機(jī)，用它來捕捉那些轉(zhuǎn)瞬即逝的過程。而在微觀世界，原子、分子等微觀粒子的運(yùn)動時間尺度比“子彈穿過蘋果”要短得多。想要看清這個過程，科學(xué)家就必須研制出能“看清”微觀粒子運(yùn)動的“超快攝像機(jī)”——阿秒光脈沖。
“想象一下照相機(jī)的拍攝，快門把光切成一段一段，阿秒光脈沖則把時間切到了10的負(fù)18次方秒這么短，通過光譜我們可以看到電子在原子周圍高速運(yùn)動。在這之前，激光器最快只能達(dá)到10的負(fù)15次方秒?！碧真?zhèn)生說，這為基礎(chǔ)科研提供了一個有力的新工具。就拿愛因斯坦曾獲得諾獎的光電效應(yīng)來說，之前人們并不清楚光電效應(yīng)究竟是在多長時間內(nèi)發(fā)生的，有了阿秒光脈沖，這就明朗了。
未來潛在的應(yīng)用價值
未來，阿秒光脈沖有什么潛在的應(yīng)用價值？
諾貝爾物理委員會主席伊娃·奧爾松表示：“我們現(xiàn)在可以打開通往電子世界的大門，阿秒物理學(xué)給我們提供了理解電子控制機(jī)制的機(jī)會，下一步將是利用它們?！崩纾陔娮訉W(xué)中，理解和控制電子在材料中的行為非常重要；阿秒光脈沖也可以用于醫(yī)學(xué)診斷來識別不同的分子。
陶鎮(zhèn)生認(rèn)為，它可以作為光波的示波器，從而擴(kuò)展通訊帶寬。
何峰說，它是人類認(rèn)識自然的眼睛，在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)等很多學(xué)科領(lǐng)域?qū)@得廣泛持久的應(yīng)用。以化學(xué)為例，化學(xué)反應(yīng)中涉及到的化學(xué)鍵的合成和斷裂，本質(zhì)上是阿秒級時間尺度內(nèi)帶電粒子（電子，原子核）的相互作用。利用阿秒光脈沖，科學(xué)家有望“看清”各種化學(xué)反應(yīng)的過程，從而理解反應(yīng)的機(jī)理，在此基礎(chǔ)上研究如何控制反應(yīng)過程，以獲得新的產(chǎn)物。
與化學(xué)研究相仿，生物學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科研究的對象，本質(zhì)上也是微觀粒子在阿秒級時間尺度內(nèi)的相互作用。因此，阿秒光脈沖具有廣泛而重要的應(yīng)用價值，是人類研究微觀世界的“神器”。
近年來，上海建設(shè)了多個光子科學(xué)領(lǐng)域的大科學(xué)裝置，其中就有產(chǎn)生阿秒光脈沖的實(shí)驗(yàn)平臺。我國科學(xué)家正利用這種“國產(chǎn)”先進(jìn)激光，開展前沿科技探索。
