剛剛,2023 年諾貝爾物理學獎揭曉!
今年的物理學獎頒給三位物理學家,他們分别是皮埃爾・阿戈斯蒂尼 (Pierre Agostini)、費倫茨・克勞斯 (Ferenc Krausz ) )和安妮・盧利爾 (Anne L ’ Huillier)。
他們發明了一種方法,能爲原子世界按下快門——
在最短時間尺度上,觀察到最小的粒子移動或者改變能量的過程。
與此同時,諾貝爾物理學獎也迎來了第五位女性得主。當她接到電話說獲獎結果時,她還正在教學。
我演講的最後半個小時非常困難。
如你所知,獲得這個獎項的女性并不多,所以它非常非常特别。
今年,每項諾貝爾獎的獎金由去年的 1000 萬瑞典克朗,增加到1100 萬瑞典克朗(約合人民币 720 萬元)。
也就是說,三位會平分這 1100 萬瑞典克朗。
值得一提的是,去年,這三位科學家就因對阿秒物理學的貢獻,獲得了沃爾夫物理學獎。
在最短時間尺度上觀察最小的粒子
通俗來講,就像我們日常使用的相機,去捕捉生活中的瞬間。而一張張靜止圖像快速組合在一起,就能被感知爲連續的運動。
而相機的快門速度越快,就能拍到瞬間就會越短暫。
在電子世界中,這些瞬間往往發生在十分之幾阿秒内。
(阿秒爲 10 的負十八次方秒,或 1/1000 飛秒。一阿秒之于一秒,如同一秒之于 317.1 億年,約爲宇宙年齡的兩倍。它是光飛越 3 粒氫原子的時間。)
獲獎者成功用光捕捉到了阿秒級别的瞬間,從此打開了探索原子世界的大門,讓科學家能夠在最短的時間尺度上觀察最小的粒子。
1987 年,Anne L ’ Huillier首先發現,當她通過惰性氣體傳輸紅外激光時,會産生許多不同光的泛音。
每個泛音都是一個光波,激光中每個周期都有給定的周期數。它們是由激光與氣體中的原子相互作用引起的;它給一些電子額外的能量,然後以光的形式發射出來。
2001 年,Pierre Agostini成功産生并研究了一系列連續的光脈沖,其中每個脈沖僅持續 250 阿秒。
與此同時,Ferenc Krausz正在進行另一種類型的實驗,該實驗可以分離出持續 650 阿秒的單個光脈沖。
諾貝爾物理學委員會主席 Eva Olsson 表示:
我們現在可以打開電子世界的大門。阿秒物理學使我們有機會了解電子控制的機制。下一步将是利用它們。
事實上,阿秒脈沖在很多領域都有潛在的應用。例如,了解和控制電子在材料中的行爲;還可醫學診斷中識别不同的分子等。
曾任諾貝爾物理學獎評委會主席
現在,讓我們一起來進一步了解一下這三位物理學家。
皮埃爾 · 阿戈斯蒂尼(Pierre Agostini),俄亥俄州立大學名譽教授。
1968 年,他在法國艾克斯-馬賽大學取得博士學位。迄今爲止,這所大學已經誕生了 6 位諾獎得主。
皮埃爾 · 阿戈斯蒂尼專注于激光與原子分子相互作用的研究。2001 年,他成功地産生和研究了持續時間僅爲 250 阿秒的連續光脈沖,爲探索原子和分子内部電子動态提供了重要工具。
(有趣的是,相較于本次物理學獎的另外兩位獲獎者,皮埃爾 · 阿戈斯蒂尼在網絡上的公開資料顯得非常少。)
費倫茨・克勞斯(Ferenc Krausz),加興馬克斯普朗克量子光學研究所所長,維也納理工大學教授。
1962 年,費倫茨・克勞斯出生于匈牙利莫爾。他曾在匈牙利布達佩斯技術大學學習電氣工程專業,并于 1991 年取得奧地利維也納理工大學博士學位,而後留校任教。
2003 年,他被任命爲加興馬克斯普朗克量子光學研究所(MPQ)所長。研究所是馬克斯普朗克學會的一部分,學會五個研究小組在阿秒物理學、激光物理學、量子信息理論、激光光譜學、量子動力學和量子多體系統領域工作。
2004 年,費倫茨・克勞斯成爲慕尼黑大學實驗物理學主席;2006 年,他參與創立了慕尼黑先進光子學中心(MAP),并開始擔任其董事之一。
費倫茨・克勞斯的研究小組生成并測量了第一個阿秒光脈沖,并用它來捕獲原子内部的電子運動——這個結果标志着阿秒物理學的開始。
安妮・盧利爾(Anne L ’ Huillier),瑞典皇家科學院院士,隆德大學教授。
1958 年,安妮・盧利爾出生于法國巴黎,28 歲時,她拿下了巴黎第六大學(也稱皮埃爾和瑪麗 · 居裏大學)的博士學位,并于法國原子能委員會和法國撒克裏研究中心進行研究。
後來,她的博士後研究在瑞典和美國進行。
她在阿秒物理學領域的研究成果對量子力學、原子物理學,以及包括先進二維材料中的性質、載流子包絡相位異常、鐵磁材料中的自旋動力學等的固态物理學領域影響深遠。
2011 年,她就因在阿秒物理學領域的傑出貢獻,獲得聯合國教科文組織頒發的 2011 年度世界傑出女科學家獎。
更重要的是,安妮・盧利爾是諾貝爾物理學獎的第五位女性得主。
在此之前,她就已經和諾貝爾物理學獎有着深厚的聯系:
2012 年及 2014 年上台擔任解說嘉賓;
2015 年,曾擔任諾貝爾物理學獎評委及評委會主席。
據報道,當她接到電話得知自己拿下今年的物理學獎時,她正在給學生教學上課。
阿秒是如此短暫,但三位物理學家對領域以及世界帶來的貢獻和影響,将持久地延續下去。
參考鏈接:
[ 1 ] https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2023/press-release/
[ 2 ] https://www.nature.com/articles/d41586-023-03047-w