财聯社 10 月 3 日訊(編輯 史正丞)北京時間周二傍晚,瑞典皇家科學院召開發布會,宣布将 2023 年諾貝爾物理學獎授予 俄亥俄州立大學的皮埃爾 · 阿戈斯蒂尼(Pierre Agostini)、馬克斯 · 普朗克量子光學研究所和慕尼黑大學的費倫茨 · 克勞修斯(Ferenc Krausz)和瑞典隆德大學的安妮 · 呂伊利埃(Anne L ’ Huillier)三名科學家,以表彰他們在阿秒脈沖光方面所做出的貢獻。
(來源:瑞典皇家科學院)
在頒獎之前,業界也普遍預期阿秒物理學是今年的大熱門。作爲 " 諾獎風向标 ",去年的沃爾夫物理獎也頒給了費倫茨 · 克勞修斯、安妮 · 呂伊利埃,以及渥太華大學的 Paul Corkum 教授,以表彰他們 " 對超快激光科學和阿秒物理學的開創性貢獻 "。
值得一提的是,呂伊利埃是諾貝爾物理學獎曆史上第五位得獎的女性科學家,在周二組委會給她打電話通知獲獎時,正在學校裏講課的她還多次按掉組委會的來電。
與我們熟悉的秒一樣,阿秒(attosecond)也是一種時間單位,計量上爲 10 ⁻ ¹ ⁸秒(0.000000000000000001 秒),足以見得跨度之短暫。諾貝爾獎官方表示,這三名科學家展示了一種創造極短光脈沖的方法,這些光脈沖可以用來測量電子移動或能量變化的快速過程。電子的移動速度非常快,一度被認爲是 " 無法追蹤的運動 ",而阿秒物理學則打破了這種不可能。
(來源:中科院物理所、" 中國光學 " 微信公衆号)
這一切的開端要從1987 年開始說起,安妮 · 呂伊利埃當時發現,在紅外激光通過稀有氣體時,會産生許多不同的光的泛音。它們是由激光與氣體中的原子相互作用引起,這種作用給予一些電子額外的能量,然後以光的形式發射出來。随後呂伊利埃繼續探索這一現象,爲後續的突破奠定了基礎。
在 2001 年,皮埃爾 · 阿戈斯蒂尼成功地産生并研究了一系列連續的光脈沖,每個脈沖隻持續 250 阿秒。與此同時,費倫茨 · 克勞修斯在另一種類型的實驗中,成功分離出可持續 650 阿秒的單個光脈沖,使得光脈沖寬度達到阿秒量級。這些科學家的努力,也使得人類能夠在極短的時間尺度上研究各種物理、化學和生物過程,并且在醫學、工業制造等領域展現出了潛在價值。
(實驗設置概述,來源:諾貝爾獎組委會)
諾貝爾物理學獎評選委員會主席伊娃 · 奧爾森評價稱:"現在我們可以打開通往電子世界的大門。阿秒物理學給了我們理解電子支配機制的機會,下一步将是利用它們。"
" 爲電子運動拍照 " 的阿秒物理學
在解釋超短光脈沖的作用時,科學家們最喜歡舉的例子是 " 相機快門 ",不同尺度的脈沖正是 " 按下快門的速度 "。上世紀 80 年代,人類将脈沖激光的寬度推進至飛秒領域,得以解鎖對分子和原子運動的觀察,而阿秒激光則能讓人類觀察分子和原子中電子的運動。
美國物理協會主席、芝加哥大學教授 Bob Rosner 解讀稱,就像建房子一樣,我們能夠觀察到地基、牆壁和房頂逐步搭起,而分子的組裝也有這樣的順序,阿秒激光使我們能夠觀察分子組裝的過程。
在實際的應用領域,阿秒激光也在衆多領域具有突出的應用價值,例如在醫學成像中可以展現出更高的分辨率,而股民們非常熟悉的 " 飛秒(視力矯正)手術 " 也有希望進一步提高切割的精度,另外在光學材料、半導體等領域也大有可爲。由于阿秒物理學研究的是電子運動,所以可以說世間萬物都能在這項技術的助力下走上更高的台階。
(阿秒激光在部分領域的應用展望)
物理學獎也是今年諾貝爾獎第二個出爐的獎項,明天同一時段将會頒發今年的諾貝爾化學獎。