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

2023年諾貝爾物(wù)理(lǐ)學(xué)獎得主：Pierre Agostini、Ferenc Krausz和Anne L'Huillier

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”。

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。

那麽，新(xīn)的阿秒(miǎo)光脈沖激光技(jì )術能(néng)否成為(wèi)物(wù)理(lǐ)學(xué)的未來？

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。

随後，人們就開始考慮用(yòng)照相技(jì )術來解決這一問題。1878年，為(wèi)了研究馬的跑步姿勢，Leland Stanford通過快速控制照相機的快門開關，拍下了世界上第一個“電(diàn)影”，即一組賽馬奔跑的照片，确定了馬匹在奔跑中(zhōng)四蹄是全部離地的。因此，在這個事件中(zhōng)，照相機接收到的信号實際上是一個一個地光脈沖，這和後來的超快激光有(yǒu)着異曲同工(gōng)之處。

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。

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。

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)。

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。

諾獎官網顯示，從1901年至2022年，諾貝爾物(wù)理(lǐ)學(xué)獎共頒發了115次，沒有(yǒu)頒發的六年分(fēn)别是1916、1931、1934、1940、1941和1942年。其中(zhōng)47次為(wèi)單獨獲獎者，32次為(wèi)2人共享，37次為(wèi)3人共享。

截至2022年，共有(yǒu)222位學(xué)者獲得諾貝爾物(wù)理(lǐ)學(xué)獎，但實際獲獎個人為(wèi)221人，因為(wèi)美國(guó)物(wù)理(lǐ)學(xué)家約翰·巴丁（John Bardeen）于1956年和1972年兩次獲獎。

同時，最年輕的諾貝爾物(wù)理(lǐ)學(xué)獎獲獎者是英國(guó)物(wù)理(lǐ)學(xué)家Lawrence Bragg，1915年因“用(yòng)X射線(xiàn)對晶體(tǐ)結構的分(fēn)析所作(zuò)的貢獻”與父親一起獲獎，時年25歲；最年長(cháng)的獲獎者是美國(guó)物(wù)理(lǐ)學(xué)家Arthur Ashkin，2018年因“在激光物(wù)理(lǐ)學(xué)領域所作(zuò)出的開創性發明”獲獎，時年96歲。

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。

截至2022年底，諾貝爾基金會的投資資本已經達到57.99億瑞典克朗（約合37.83億元）。

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。

2022年：阿蘭·阿派克特 (Alain Aspect)、約翰·F·克勞瑟 (John F. Clauser)和安(ān)東·蔡林格 (Anton Zeilinger) 三人“因糾纏光子實驗、違反貝爾不等式并開創了量子信息科(kē)學(xué)”而獲獎，屬于原子分(fēn)子與光物(wù)理(lǐ)學(xué)(AMO)。

2021年：美德(dé)意三位科(kē)學(xué)家因“對人們理(lǐ)解複雜物(wù)理(lǐ)系統的開創性貢獻”而獲獎，源于統計物(wù)理(lǐ)和複雜系統領域。其中(zhōng)，美籍日裔科(kē)學(xué)家Syukuro Manabe、德(dé)國(guó)科(kē)學(xué)家Klaus Hasselmann的獲獎理(lǐ)由是“物(wù)理(lǐ)模拟地球氣候，量化變化和可(kě)靠地預測全球變暖”；意大利科(kē)學(xué)家Giorgio Parisi的獲獎理(lǐ)由是“發現從原子到行星尺度的物(wù)理(lǐ)系統的無序和波動的相互作(zuò)用(yòng)”。

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)”。

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