阿秒(miǎo)激光技(jì )術是否将成為(wèi)物(wù)理(lǐ)學(xué)的未來？

值得注意的是，今年的諾貝爾物(wù)理(lǐ)學(xué)獎迎來了第5位女性得主、現年64歲的安(ān)妮·呂利耶（Anne L'Huillier）教授。

随着此次三位獲獎者的研究成果，即利用(yòng)阿秒(miǎo)（原秒(miǎo)）級的極短光脈沖技(jì )術，實時觀測電(diàn)子在原子内的運動或改變能(néng)量的快速過程，從而推動了光學(xué)成像、藥物(wù)溶解，生命反應、核爆、光電(diàn)子等技(jì )術領域的發展。

在最短時間尺度上探索最小(xiǎo)粒子

而随着光測技(jì )術的提升，空間的距離開始通過光的傳播進行測量，即實現更快的快門實現空間分(fēn)辨率的提升。

具(jù)體(tǐ)來說，電(diàn)影的時間分(fēn)辨能(néng)力一般是幾十幀也就是幾十毫秒(miǎo)量級（10-2s）。随着技(jì )術發展，如今的超高速攝影機可(kě)以達到微秒(miǎo)量級（10-6s）的時間分(fēn)辨能(néng)力，天文(wén)學(xué)家甚至需要達皮秒(miǎo)(1ps=10-12 s)、飛秒(miǎo) (1fs=10-15 s)，甚至阿秒(miǎo)(1 as=10-18 s)級别。

阿秒(miǎo)光脈沖的重要性在于，通過提供超短的光脈沖技(jì )術，可(kě)提高觀測微觀粒子高速運動的時間分(fēn)辨率。例如，氫原子中(zhōng)電(diàn)子繞核一周的時間為(wèi)152 as，而觀察電(diàn)子繞原子核的運動需要超高的時間和空間分(fēn)辨率，使得人們能(néng)更準确地控制和理(lǐ)解原子至亞原子級的微觀世界，類似于高速相機捕捉快速事件如爆炸的氣球或飛速的子彈。

1987年，安(ān)妮·呂利耶 (Anne L'Huillier)發現，當她通過惰性氣體(tǐ)傳輸紅外激光時，會産(chǎn)生許多(duō)不同的光的泛音。每個泛音是一個光波，在激光光源中(zhōng)每個周期都有(yǒu)一定數量的周期。它們是由激光與氣體(tǐ)中(zhōng)的原子相互作(zuò)用(yòng)而産(chǎn)生的，激光給予一些電(diàn)子額外的能(néng)量，然後以光的形式反射出去。盧利爾繼續探索這一現象，為(wèi)後來的突破奠定了基礎。

安(ān)妮1958年生于巴黎，是法國(guó)著名(míng)為(wèi)物(wù)理(lǐ)學(xué)家，現為(wèi)隆德(dé)大學(xué)原子物(wù)理(lǐ)學(xué)教授。她在法國(guó)薩克萊核研究中(zhōng)心取得實驗物(wù)理(lǐ)學(xué)博士學(xué)位。從1986年起，開始在薩克萊核研究中(zhōng)心正式工(gōng)作(zuò)。1992年，她在隆德(dé)參加安(ān)裝(zhuāng)了歐洲第一批飛秒(miǎo)脈沖钛藍寶石固态激光系統之一。2003年，她帶領團隊産(chǎn)生了170阿秒(miǎo)脈寬的脈沖激光，打破了世界紀錄。有(yǒu)趣的是，安(ān)妮在2007年至2015年期間還擔任過諾貝爾物(wù)理(lǐ)學(xué)委員會的成員。自2004年以來一直是瑞典科(kē)學(xué)院的成員，後來成為(wèi)美國(guó)物(wù)理(lǐ)學(xué)會和光學(xué)學(xué)會會員，在2018年當選美國(guó)國(guó)家科(kē)學(xué)院外籍院士。

2021年，安(ān)妮因“在超快激光科(kē)學(xué)和阿秒(miǎo)物(wù)理(lǐ)方面的開創性工(gōng)作(zuò)，實現和理(lǐ)解高諧波産(chǎn)生并将其應用(yòng)于原子和分(fēn)子中(zhōng)電(diàn)子運動的時間分(fēn)辨成像”而被授予美國(guó)光學(xué)學(xué)會馬克斯·伯恩獎。在2022年，她除了獲得了沃爾夫物(wù)理(lǐ)獎以外，還被授予BBVA基金會基礎科(kē)學(xué)知識前沿獎。

除了第五位女性得主外，另外兩位2023年諾貝爾物(wù)理(lǐ)學(xué)獎得主，也都是推動阿秒(miǎo)光脈沖技(jì )術快速應用(yòng)與發展的重要人士。

2001年，皮埃爾·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）成功産(chǎn)生并研究了一系列連續的光脈沖，其中(zhōng)每個脈沖僅持續 250阿秒(miǎo)。與此同時，費倫茨·克勞斯 (Ferenc Krausz)進行了另一種類型的實驗，該實驗可(kě)以分(fēn)離出持續650阿秒(miǎo)的單個光脈沖。

其中(zhōng)，費倫茨于1962年出生于匈牙利，是匈牙利-奧地利物(wù)理(lǐ)學(xué)家，現任維也納技(jì )術大學(xué)教授、馬克斯普朗克量子光學(xué)研究所主任等機構。2006年，他(tā)共同創立了慕尼黑先進光子學(xué)中(zhōng)心(MAP)，并開始擔任其董事之一。2001年，他(tā)的研究團隊産(chǎn)生并測量了第一個阿秒(miǎo)光脈沖，并用(yòng)它來捕捉原子内部電(diàn)子的運動，标志(zhì)着阿秒(miǎo)物(wù)理(lǐ)測量技(jì )術的誕生，是當今實驗阿秒(miǎo)物(wù)理(lǐ)的技(jì )術基礎。他(tā)同樣在2022年同時獲得了沃爾夫物(wù)理(lǐ)獎和BBVA基金會基礎科(kē)學(xué)知識前沿獎。

皮埃爾則是法裔美國(guó)實驗物(wù)理(lǐ)學(xué)家，因發明了用(yòng)于表征阿秒(miǎo)光脈沖的 RABBITT（通過雙光子躍遷幹涉重建阿秒(miǎo)跳動）技(jì )術而聞名(míng)。

“我們現在可(kě)以打開電(diàn)子世界的大門。阿秒(miǎo)物(wù)理(lǐ)使我們有(yǒu)機會了解電(diàn)子控制的機制。下一步将是利用(yòng)它們。”諾貝爾物(wù)理(lǐ)學(xué)委員會主席伊娃·奧爾森 (Eva Olsson) 表示。

不僅如此，利用(yòng)阿秒(miǎo)光脈沖技(jì )術，還可(kě)以觀察到比如閃電(diàn)産(chǎn)生，藥物(wù)溶解，生命反應等人眼無法分(fēn)辨的瞬态現象，同時可(kě)以幫助人類控制導彈發射、核爆等工(gōng)程過程，均發揮着重要作(zuò)用(yòng)。

阿秒(miǎo)光脈沖這種超快分(fēn)辨的技(jì )術能(néng)力，已經為(wèi)研究電(diàn)子動力學(xué)技(jì )術發展打開了大門。

超221人獲諾貝爾物(wù)理(lǐ)學(xué)獎，今年獎金增至717萬元

據瑞典著名(míng)化學(xué)家、企業家、發明家諾貝爾（Alfred Nobel）的遺願，該獎由諾貝爾基金會管理(lǐ)，由瑞典皇家科(kē)學(xué)院選出5名(míng)成員組成一個委員會來評選出獲獎者。諾貝爾物(wù)理(lǐ)學(xué)獎于1901年首次頒發給德(dé)國(guó)的威廉·倫琴。

至今，諾貝爾獎已經走過120多(duō)年，成為(wèi)了全球最受關注的頂尖科(kē)學(xué)獎項，長(cháng)遠(yuǎn)地激勵着人類的科(kē)學(xué)進步。

以下是過去8年諾貝爾物(wù)理(lǐ)學(xué)獎得主名(míng)單：

2020年：美國(guó)、德(dé)國(guó)三位科(kē)學(xué)家獲此獎項。其中(zhōng)，英國(guó)科(kē)學(xué)家Roger Penrose獲獎理(lǐ)由是“發現黑洞形成是廣義相對論的一個有(yǒu)力預測”；另外兩位獲獎者德(dé)國(guó)和美國(guó)科(kē)學(xué)家Reinhard Genzel、Andrea Ghez，獲獎理(lǐ)由是“在銀河系中(zhōng)心發現了一個超大質(zhì)量的緻密天體(tǐ)”。

2019年：美國(guó)科(kē)學(xué)家James Peebles獲獎，獲獎理(lǐ)由是“在物(wù)理(lǐ)宇宙學(xué)的理(lǐ)論發現”；另外兩位獲獎者是瑞士科(kē)學(xué)家Michel Mayor和Didier Queloz，獲獎理(lǐ)由是“發現了一顆圍繞類太陽恒星運行的系外行星”。

2016年：英美三位科(kē)學(xué)家David J. Thouless、F. Duncan M. Haldane、J. Michael Kosterlitz獲獎，獲獎理(lǐ)由是“理(lǐ)論發現拓撲相變和拓撲相物(wù)質(zhì)”。

2015年：日本科(kē)學(xué)家Takaaki Kajita和加拿(ná)大科(kē)學(xué)家Arthur B. McDonald獲獎，獲獎理(lǐ)由是“發現了中(zhōng)微子振蕩，表明中(zhōng)微子具(jù)有(yǒu)質(zhì)量”。

（本文(wén)轉發钛媒體(tǐ)App，作(zuò)者｜林志(zhì)佳）