渡十娘｜2023年诺贝尔物理奖授予阿秒光脉冲

体育

2023-10-03 16:10

做公众号里的《纽约客》

戳蓝字一键关注渡十娘

转发也是一种肯定

文字｜湖衣

编辑｜渡十娘

关于作者：虞美人听雨

少年听雨庐山下，梦比珠峰野。中年听雨公车中，数据千行，唯恐绿翻红。

而今听雨珠帘暮，却叫少年妒。城中明日展梵高，土豆青椒，片作葵花娇。

美国科学家Pierre Agostini，德国科学家Ferenc Krausz以及瑞典科学家Anne L’Huillier共同分享了2023年的诺贝尔物理学奖。他们找到了一种方法，可以创造极短脉冲的光（阿秒光脉冲），用于测量诸如电子移动以及能量改变这样的（普通物理方式无法测量的）快速过程。这一实验方法为人类提供了探索原子和分子内电子世界的新工具。

就像人的肉眼无法辨别蜂鸟翅膀每一次单独的煽动，一帧一帧静止的图像成为电影，所有快速发展的事件在被人类感知时都会产生交互影响，模糊在一起，使得极短的事件无法观察。在电子世界中，变化发生在几十个阿秒内——阿秒是如此短暂，以至于一秒中的阿秒数和宇宙诞生以来的秒数一样多。在过去，我们无法观察或测量电子的单独运动。诺贝尔奖得主的实验所产生的光脉冲是一个技术性的突破。它是如此的短暂，短暂到以阿秒为测量单位，这也意味着这些脉冲可以用来研究原子和分子内部的作用。

1987年，Anne L’Huillier发现，当她通过惰性气体传输红外激光时，会产生许多不同的光谐波。每个谐波的频率都是激光频率的倍数。它们是由激光与气体中的原子相互作用引起的；一些电子因此获得了额外的能量，然后以光的形式发射出来。Anne L’Huillier对这一现象进行了追踪研究，为随后的突破奠定了基础。

2001年，Pierre Agostini成功制造并研究了一系列连续光脉冲，其中每个脉冲的持续时间只有250阿秒。与此同时，Ferenc Krausz进行了另一种类型的实验，得到了持续时间为650阿秒的单光脉冲。

三位诺贝尔奖得主的贡献让人类得以察看从前无法跟踪的非常快速的过程。

“我们现在可以打开电子世界的大门了。阿秒物理学为我们提供了理解由电子主导的物理机制的机会。下一步将是利用它们，”诺贝尔物理学奖评审委员会主席Eva Olsson如是说。

阿秒光脉冲在许多不同领域都有潜在的应用。如果说显微镜让人类看到了细菌，阿秒脉冲激光则让人类能够从最根本的电子运动层面了解生命，从分子识别、生化反应层面帮助进行医疗诊断与治疗。在材料科学领域，了解和控制电子运动同样有着重要作用。

随着时代的发展，女性诺奖获得者也越来越多。几十年前，实验物理学家吴健雄被人忽视，这一次诺贝尔物理奖没有忽视发现阿秒脉冲光的女性先驱。

Anne L'Huillier，瑞典隆德（Lund)大学教授，发现了激光与气体中原子相互作用的新效应。1958年出生于巴黎的Anne，是一位法国物理学家。她最初从事理论物理与数学研究，之后转向实验物理并获得国际知名学府巴黎萨克雷大学(Paris-Saclay)的博士学位。博士后期间，她先后居住于瑞典哥德堡以及美国洛杉矶。1992 年，受聘于萨克雷核研究中心的Anne赴隆德参加了一项关于极端光脉冲的实验，那里安装了欧洲第一套用于飞秒脉冲的钛蓝宝石固态激光系统。之后，她移居瑞典，在1997年从讲师升聘为隆德大学教授。诺奖委员会给她打电话的时候，Anne正在课堂上教学，电话打到第三第四次她才不得不去接听。

“我教学的最后半个小时有点儿难做”，她如是说。