阿秒物理”研究為何能獲諾貝爾獎？將人類帶進阿秒時代！專家解讀
生活中，相機幫人們捕捉稍縱即逝的瞬間。在科研世界中，為了“看清”微觀的電子運動，科學家們也夠拚——使用的“相機”“卷”到了新級別，“快門”比眨眼的速度還要快上無數倍。
北京時間2023年10月3日傍晚，瑞典皇家科學院宣布，將2023年諾貝爾物理學獎授予皮埃爾·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）、費倫茨·克勞斯（Ferenc Krausz）和安妮·呂利耶（Anne L’Huillier），以表彰他們將產生阿秒光脈衝的實驗方法用於研究物質的電子動力學。
阿秒光脈衝是什麽？這三位科學家是怎麽獲得阿秒光脈衝的？普通人的生活會因為阿秒光脈衝發生什麽改變嗎？潮新聞帶你一起來捋捋。
阿秒光脈衝是什麽？
先來了解這些光學知識
阿秒有多短？答案是，1阿秒之於1秒，相當於1秒之於宇宙的年齡。
什麽事件會發生在阿秒級別的時間裏？答案是，原子和分子內部的電子運動。
就像看清奔跑的馬蹄需要快門夠快的相機，如果想要捕捉到電子運動在短暫片刻裏的特征，也需要特殊的技術。阿秒光脈衝就相當於可用於電子觀測的“相機”，可以幫助人類了解電子運動的特征。
了解阿秒光脈衝的產生，要從光學說起。
在光學領域，人們看到的太陽光由七色光組成。之所以光有不同的顏色，是因為它們頻率不同。“當一種光入射到水麵或玻璃上，頻率不會發生改變，顏色也不會發生改變，這是光的線性傳播現象。”浙江大學物理係教授武慧春介紹。
但當光的強度提高，例如把激光入射到晶體中，激光頻率會呈現整數倍增加，發生所謂的光學倍頻現象，光的顏色也隨之改變，這是光的非線性傳播現象。利用這一特征，人類可以獲得不同強度的激光。
一般情況下，激光頻率增加的倍數很難達到十倍以上。但如果激光夠強，通過氣體時，會得到頻率增加幾十甚至百倍以上的高次諧波。
“而隻有在極短的時間內，利用極強的激光，才會產生高次諧波，高次諧波中就包含了阿秒光脈衝。超短超強激光是獲得高次諧波和阿秒光脈衝的技術前提。”武慧春說。
在研究中，安妮·呂利耶，以及皮埃爾·阿戈斯蒂尼、費倫茨·克勞斯三位科學家分別觀察到了高次諧波現象，並在實驗中分別成功產生了阿秒光脈衝。
而這些成果，就可以用於提供原子和分子內部電子運動的圖像。因此，他們被授予2023年諾貝爾物理學獎。
獲得阿秒光脈衝
三位科學家有何貢獻？
這項成果來自於三位科學家分別於1987年和2001年的持續研究。
今年65歲的安妮·呂利耶是一位法國、瑞典物理學家。1987年，安妮·呂利耶在實驗中提升激光強度，將紅外激光光線射入惰性氣體時，觀察到極紅外光變成了極紫外光。
這一結果不一般。
“過去科學家們實現激光頻率變換時，激光頻率提升十倍以上效率太低以至於沒有實際意義。但此次研究得到的結果，得到的激光頻率增加了幾十倍。”浙江大學物理係教授武慧春介紹。
這是科學界首次觀測到高次諧波產生現象，具有阿秒的時間特性。
“這超出人們的預料，也帶給人們激動人心的結果，點燃了科學家對其進一步研究的熱潮。”中國科學院物理研究所研究員魏誌義表示。
安妮·呂利耶的研究，為隨後獲得阿秒光脈衝奠定了基礎。
到了2001年，皮埃爾·阿戈斯蒂尼成功地產生並研究了一係列連續的阿秒脈衝串，其中每個脈衝僅持續250阿秒。
與此同時，出生於匈牙利的科學家費倫茨·克勞斯進行了另一種類型的實驗，得到了隔離持續650阿秒的單個光脈衝。
“後者也是國際上第一個孤立的阿秒光脈衝，由此產生的高次諧波效率很高，已經跨入了深紫外光波段。費倫茨·克勞斯為了得到它，發明了一些新的光學元件，在這方麵具有不可替代的貢獻。”武慧春表示。
多領域存在潛在應用空間
科學的世界沒有盡頭
對於阿秒光脈衝獲得今年的諾貝爾獎，接受采訪的兩位專家都表示，為這一領域感到高興。
2006年到2008年間，武慧春曾到德國進行博士後研究，就是在費倫茨·克勞斯的大課題組裏。“他搞實驗，我搞理論，雖然交集不多，但印象中，他對阿秒實驗產生及物理應用一直很專注和癡迷，他試圖把他獨有的阿秒光脈衝用於更多的物理化學過程中。”
魏誌義表示，利用阿秒光脈衝在時間上夠短夠快的特征，可以幫人類探索發生在物質內部的微觀動力學，認識物質世界的規律。
對於獲獎成果，瑞典皇家科學院物理學諾貝爾委員會主席Eva Olsson表示，“現在可以打開電子世界的大門，阿秒物理學為我們提供了理解由電子掌控的機製的機會。下一步，將是利用它們。”
阿秒光脈衝在許多不同領域都存在潛在應用。例如，人類有可能利用阿秒光脈衝驅動芯片中的電子運動，讓芯片的工作效率更高。
阿秒光脈衝還可以用於識別不同的分子，如果運用在醫學診斷中，阿秒光脈衝可以幫助人類進行疾病診斷。
“雖然離這些應用還有一定距離，還需要攻克許多基礎問題，但是這帶給了人類更多想象的空間。”武慧春還表示，過去20年裏，費倫茨·克勞斯利用自研阿秒光脈衝的設備，發現了很多別的現象，不斷拓展對物質世界的認知。
也許，如武慧春所言，科學的世界沒有盡頭，隻要登上一座座山峰，總有不一樣的風景。
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