2023年诺贝尔物理学奖授予阿秒物理领域三位学者

本文来自微信公众号：深究科学 （ID：deepscience），作者：常春藤、林岩，原文标题：《用光学实验捕捉到最短的瞬间！2023年诺贝尔物理学奖授予阿秒物理领域三位学者》，头图来自：视觉中国

10月3日晚间，2023年诺贝尔物理学奖在瑞典皇家科学院揭晓。今年的物理学奖颁给了三位学者，表彰他们在“用于生成阿秒光脉冲以研究物质中电子动态的实验方法”方面作出的贡献。 

2023年诺贝尔物理学奖得主

获奖者介绍：

皮埃尔·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）：俄亥俄州立大学； 

弗伦茨·克劳斯（Ferenc Krausz）：马普量子光学研究所和慕尼黑的路德维希-马克西米利安大学； 

安妮·吕伊耶（Anne L’Huillier）：瑞典隆德大学。

获奖理由：

表彰他们在“用于生成阿秒光脉冲以研究物质中电子动态的实验方法”领域的贡献。

2023物理学奖解读：

2023年诺贝尔物理学奖的三位得主因他们的实验而受到表彰，他们为人类提供了探索原子和分子内部电子世界的新工具。皮埃尔·阿戈斯蒂尼、弗伦茨·克劳斯和安妮·吕伊耶展示了一种创建极短光脉冲的方法，这些光脉冲可以用来测量电子移动或能量变化的快速过程。

当被人类感知时，快速运动的事件会相互流动，就像由静止影像组成的电影被感知为连续运动一样。如果我们想要研究真正短暂的事件，就需要特殊的技术。在电子世界中，变化在几十阿秒内发生——阿秒是如此短暂，以至于自宇宙诞生以来的秒数与一秒钟内的阿秒数量相等。

这些获奖者的实验产生了光脉冲，其长度短到可以用阿秒来测量，从而证明这些脉冲可以用来提供原子和分子内部过程的图像。

1987年，安妮·吕伊耶发现当她将红外激光通过稀有气体时，会产生许多不同的泛音。每个泛音都是一个光波，在激光的每个周期内有一定数量的周期。它们是由激光与气体中的原子相互作用引起的；它给予某些电子额外的能量，然后以光的形式发射出来。安妮·吕伊耶继续探索这一现象，为随后的突破奠定了基础。

2001年，皮埃尔·阿戈斯蒂尼成功地产生并研究了一系列持续时间仅为250阿秒的连续光脉冲。与此同时，弗伦茨·克劳斯正在进行另一种类型的实验，可以单独隔离持续时间为650阿秒的光脉冲。

这些获奖者的贡献使得以前无法跟踪的快速过程得以调查。

“我们现在可以打开电子世界的大门。阿秒物理学给予我们理解由电子主导的机制的机会。下一步将是利用它们，”诺贝尔物理学奖委员会主席埃娃·奥尔松表示。

在许多不同领域都有潜在应用。在电子学中，了解和控制电子在材料中的行为非常重要。阿秒脉冲还可以用于识别不同的分子，例如在医学诊断中。

皮埃尔·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）在俄亥俄州立大学任教。他是一位物理学家，专注于激光与原子分子相互作用的研究。在2001年，他成功地产生和研究了持续时间仅为250阿秒的连续光脉冲，为探索原子和分子内部电子动态提供了重要工具；

弗伦茨·克劳斯（Ferenc Krausz）同时在德国马普量子光学研究所和慕尼黑的路德维希-马克西米利安大学担任职位。他是一位物理学家和激光科学家，致力于超快速激光技术的研究。他的实验成果包括成功隔离持续时间为650阿秒的单一光脉冲，为研究电子运动和能量变化提供了重要手段；

安妮·吕伊耶（Anne L’Huillier）是瑞典隆德大学的教授。她是一位实验物理学家，专注于超快速光谱学和激光科学。在1987年，她发现了通过稀有气体传输红外激光时会产生多种不同泛音的现象。她的研究为后续突破打下了基础，并对发展阿秒光脉冲实验方法做出了重要贡献。

一、近几年获奖情况回顾

2022年

阿兰·阿斯匹克特（Alain Aspect）、约翰·克劳塞（John F. Clauser）以及安东·蔡林格（Anton Zeilinger）。

获奖者介绍：

法国巴黎萨克雷大学、巴黎综合理工学院阿兰·阿斯匹克特（Alain Aspect）、J.F.克劳塞协会约翰·克劳塞（John F. Clauser）以及奥地利维也纳大学安东·蔡林格（Anton Zeilinger）。

获奖理由：

表彰他们“用纠缠光子的实验，建立对贝尔不等式的违反和开创量子信息科学”。

2021年

真锅淑郎（Syukuro Manabe）、克劳斯·阿塞尔曼（Klaus Hasselmann）和乔治·帕里西（Giorgio Parisi）。

获奖者介绍：

一半授予真锅淑郎（Syukuro Manabe）和克劳斯·阿塞尔曼（Klaus Hasselmann）；另一半授予乔治·帕里西（Giorgio Parisi）。

获奖理由：

表彰真锅淑郎和克劳斯·阿塞尔曼“对地球气候的物理建模、量化可变性和可靠地预测全球变暖”的贡献，同时表彰乔治·帕里西“发现了从原子到行星尺度的物理系统中无序和涨落之间的相互影响”。

2020年

罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）、莱因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）和安德里亚·格兹（Andrea Ghez）。

获奖者介绍：

一半授予英国科学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose），另一半授予德国科学家莱因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）和美国科学家安德里亚·格兹（Andrea Ghez）。

获奖理由：

表彰他们在“黑洞研究及发现银河系中央的超大质量天体”方面的贡献。

2019年

詹姆斯·皮布尔斯（James Peebles）、米歇尔·麦耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）。

获奖者介绍：

一半授予了美国物理学家詹姆斯·皮布尔斯（James Peebles），另一半授予了两位瑞士天体物理学家，曾是师徒的米歇尔·麦耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）。

获奖理由：

以表彰他们“为理解宇宙演化和地球在宇宙中的位置所做出的贡献”。

二、诺贝尔物理学奖的设立

1895年11月27日，阿尔弗雷德·诺贝尔签署了他的最后遗嘱和遗嘱，将他最大的财富份额给了一系列奖项，即诺贝尔奖。正如诺贝尔遗嘱中所述，其中一部分献给“在物理学领域内做出最重要的发现或发明的人”。

自1901年以来，一共颁发了115项诺贝尔物理学奖。该奖项有六年未颁发（1916年、1931年、1934年、1940年、1941年和1942年），诺贝尔物理学奖已授予218位获奖者，其中约翰·巴丁（John Bardeen）曾两次获奖。

迄今为止，最年轻的诺贝尔物理学奖获得者是劳伦斯·布拉格（Lawrence Bragg），他在1915年与父亲一起获得诺贝尔奖时年仅25岁；最年长的诺贝尔物理学奖获得者是亚瑟·阿什金（Arthur Ashkin），他在2018年获得诺贝尔奖时已经96岁了。

三、物理学奖得主的提名和评选

诺贝尔物理学奖的提名只能通过委员会的邀请获得，被提名人的姓名和有关提名的其他信息要到50年后才能透露。

提名和甄选程序

诺贝尔化学委员会向有能力和资格提名的人发送机密表格。

合格的提名人

根据法规，提交诺贝尔物理学奖提名书的权利应由以下各方享有：

1. 瑞典皇家科学院的瑞典和外国成员；

2. 诺贝尔物理学委员会成员；

3. 诺贝尔物理学奖获得者；

4. 瑞典、丹麦、芬兰、冰岛和挪威的大学和技术研究所以及斯德哥尔摩卡罗林斯卡学院化学科学系的常任教授；

5. 在科学院选择的至少六所大学或大学学院（通常为数百所大学）中担任相应的教席，以确保在不同国家及其学习席位上的适当分配；

6. 学院可能认为合适的其他科学家邀请他们提出建议。

诺贝尔奖获得者的评选

瑞典皇家科学院负责遴选诺贝尔物理学奖获得者。科学院任命诺贝尔物理学委员会，该委员会对被提名者进行筛选，并为最终候选人提出建议。该委员会名义上由五名有投票权的成员组成，但多年来还包括有表决权的兼职成员。

委员会的提案会在学院的物理学专家群体中讨论，他们可能会建议修改或向学院转达不同的提案。最后，在学院的最后一次会议上提出其他建议。原则上可以建议本年度不颁发奖项，但这种选择很少出现。

谁有资格获得诺贝尔物理学奖？

有资格获得物理学奖的候选人是由获得诺贝尔委员会邀请提交姓名以供考虑的合格人士提名的候选人。没有人有提名自己的资格。

参考资料：

1.NobelPrize.org

2.The Royal Swedish Academy of Sciences - NobelPrize.org

3.The Nobel Prize in Chemistry 2021 - NobelPrize.org

4.Nomination and selection of physics laureates - NobelPrize.org

本文来自微信公众号：深究科学 （ID：deepscience），作者：常春藤、林岩

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