諾貝爾獎:阿秒激光科學家,獲得諾貝爾物理學獎!

2023年10月3日,諾貝爾物理學獎揭曉,美國俄亥俄州立大學教授皮埃爾·阿戈斯蒂尼、匈牙利-奧地利物理學家費倫茨·克勞斯和瑞典隆德大學教授安妮·呂利耶,以在阿秒光脈衝方面的成就,獲得了今年的諾貝爾物理學獎!



物理學獎

去年,諾貝爾物理學獎授予給法國物理學家阿蘭·阿斯佩 (Alain Aspect)、美國理論和實驗物理學家約翰·弗朗西斯·克勞澤(John F. Clauser)和奧地利科學家安東·塞林格(Anton Zeilinger)。

三人通過光子糾纏實驗,確定了貝爾不等式不成立,在量子信息科學領域做出了傑出貢獻。今年,根據瑞典皇家科學院的消息,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)。


諾獎組委會表彰他們“爲研究物質中的電子動力學而產生阿秒光脈衝的實驗方法”,去年這項成果就獲得了沃爾夫獎,今年獲得了諾貝爾物理學獎。產生阿秒光脈衝意味着我們打開了通向電子世界的大門,爲人類探索原子和分子內部的電子世界提供了新的工具!



阿秒物理學

阿秒(Attosecond)是一種時間國際單位,隨着科學的發展,時間單位正變得越來越小,阿秒爲一秒鐘的一百萬分之一的一百萬分之一的一百萬分之一,相當於1/1000飛秒,10的負18次秒。如果對這些數字沒有概念,打個比方,如果把一秒鐘視作是宇宙的歷史長度話,那麼一阿秒相當於在整個宇宙中不到一秒鐘的時間。

觀測的單位時間長度越短,意味着我們能夠觀測到到微觀世界中更快的運動,1960年,美國休斯實驗室物理學家梅曼宣佈獲得了波長爲0.6943微米的激光,這是人類有史以來獲得的第一束激光,開啓了一個新時代,人類可以通過製造超短激光脈衝,來對微觀世界進行觀測。


像阿秒的1000倍飛秒,就讓亞米德·齊威爾獲得了1999年的諾貝爾化學獎,齊威爾用飛秒光譜學,來研究化學反應過渡態。很長時間以來,人類很難捕捉電子的移動,這次獲得諾獎的三位科學家,則是創造了一種能夠產生阿秒光脈衝的實驗方法。




1987年,女科學家安妮·呂伊耶首次使用皮秒激光系統觀察到高次諧波,2001年,皮埃爾·阿戈斯蒂尼研究了持續時間僅爲250阿秒的連續光脈衝,2003年,《自然》發表了一篇驚世駭俗的文章,題爲《利用強光場對電子過程進行阿秒控制》的文章,奧地利維也納工業大學費倫茨·克勞斯正是作者之一。


克勞斯將亞飛秒軟X射線產生技術和全光頻標技術,完美地結合成超快激光技術,2004年,克勞斯成功產生持續時間爲650阿秒的單一光脈衝,超快激光技術不僅加強了人類對基本物理現象的理解,同時也在變革着工業製造過程。

Ferenc Krausz


飛秒激光技術目前已經比較普遍,而阿秒在未來,也會推動醫療診斷和電子學的發展,可能會用於檢測血液樣本中疾病特徵分子痕跡等領域,諾貝爾物理學委員會負責人伊娃·奧爾森 (Eva Olsson) 說道,“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。下一步將是利用它們。”

Anne L’Huillier




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