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

2023年度的諾貝爾物(wù)理(lǐ)學(xué)獎正式揭曉。

北京時間10月3日，瑞典皇家科(kē)學(xué)院宣布，2023年諾貝爾物(wù)理(lǐ)學(xué)獎授予三位科(kē)學(xué)家：美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)教授皮埃爾·阿戈斯蒂尼 (Pierre Agostini)，匈牙利物(wù)理(lǐ)學(xué)家、德(dé)國(guó)慕尼黑大學(xué)馬克斯普朗克量子光學(xué)研究所的費倫茨·克勞斯 (Ferenc Krausz) ，以及法裔瑞典隆德(dé)大學(xué)教授安(ān)妮·呂利耶 (Anne L'Huillier)，以表彰他(tā)們“為(wèi)研究物(wù)質(zhì)中(zhōng)的電(diàn)子動力學(xué)而産(chǎn)生阿秒(miǎo)光脈沖的實驗方法”。

據悉，今年每項諾貝爾獎的獎金增加到1100萬瑞典克朗（約合717萬元人民(mín)币），上述三位科(kē)學(xué)家将平分(fēn)單項獎金。

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。

事實上，物(wù)理(lǐ)學(xué)獎給予女科(kē)學(xué)家極為(wèi)罕見。此前隻有(yǒu)1903年獲獎的物(wù)理(lǐ)學(xué)家居裏夫人，1963年的旅美德(dé)國(guó)物(wù)理(lǐ)學(xué)家Maria Goppert-Mayer，2018年的加拿(ná)大科(kē)學(xué)家唐娜·斯特裏克蘭，以及2020年獲獎的美國(guó)天文(wén)學(xué)家安(ān)德(dé)烈娅·蓋茲 四位女科(kē)學(xué)家獲得諾貝爾物(wù)理(lǐ)學(xué)獎。

在最短時間尺度上探索最小(xiǎo)粒子

在以化石能(néng)源為(wèi)動力的現代交通工(gōng)具(jù)出現之前，馬作(zuò)為(wèi)最快的交通工(gōng)具(jù)已經為(wèi)人們服務(wù)了幾千年。千百年來，無數人好奇馬在奔跑過程中(zhōng)，是四腳騰空，還是始終有(yǒu)一蹄着地。

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。

此次三位物(wù)理(lǐ)學(xué)獎得主的研究領域——阿秒(miǎo)光脈沖，則是一種發光持續時間極短的光脈沖，其脈沖寬度小(xiǎo)于1 fs。

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。

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。

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)。

諾獎官網稱，三位獲獎者的貢獻使得對以前無法追蹤的快速過程的研究成為(wèi)可(kě)能(néng)。

目前，阿秒(miǎo)光脈沖已經成為(wèi)研究原子、分(fēn)子等亞原子尺度的物(wù)理(lǐ)規律最有(yǒu)力的工(gōng)具(jù)。其中(zhōng)，關于原子的物(wù)理(lǐ)現象主要是原子内電(diàn)子電(diàn)離、多(duō)電(diàn)子俄歇衰變、電(diàn)子激發弛豫和成像等，而關于分(fēn)子的研究主要是分(fēn)子的解離過程和控制、分(fēn)子的振動和轉動與超快電(diàn)子運動的耦合等。

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)。

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。

值得一提的是，今年諾貝爾獎的獎金增加100萬瑞典克朗，使獎金總額達到1100萬瑞典克朗（約合717.51萬元人民(mín)币）。官方稱，這主要由于諾貝爾基金會财務(wù)狀況良好，有(yǒu)消息稱其資金投資于國(guó)債、房地産(chǎn)和股市，财務(wù)收益影響了諾貝爾獎的獎金金額，近年來一直在調整。

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。

2017年：三位美國(guó)科(kē)學(xué)家Rainer Weiss、Barry C. Barish和Kip S. Thorne獲獎，獲獎理(lǐ)由是“對LIGO探測器和引力波觀測的決定性貢獻”。

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)”。

钛媒體(tǐ)app了解到，10月4日（周三）将公(gōng)布諾貝爾化學(xué)獎，諾貝爾文(wén)學(xué)獎将于5日公(gōng)布，諾貝爾和平獎将于6日公(gōng)布，經濟學(xué)獎将于10月9日公(gōng)布。今年諾貝爾獎得主将于12月10日諾貝爾逝世周年紀念日的典禮上接受現場頒獎。