今年的諾貝爾物理學(xué)獎被授予美國俄亥俄州立大學(xué)名譽(yù)教授皮埃爾·阿戈斯蒂尼、德國馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所教授費(fèi)倫茨·克勞斯和瑞典隆德大學(xué)教授安妮·呂利耶，以表彰他們在“產(chǎn)生阿秒光脈沖以研究物質(zhì)中電子動力學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法”方面所做出的貢獻(xiàn)。
??什么是阿秒？阿秒物理學(xué)何以能得諾獎？近期，“阿秒是什么？解讀2023年諾貝爾物理學(xué)獎圓桌論壇”在上海理工大學(xué)舉行，此次諾貝爾物理學(xué)獎得主曾經(jīng)的中國學(xué)生和合作者們聚集一堂，解讀阿秒科學(xué)的發(fā)展歷程和未來前景。
阿秒是迄今可以直接測量的最短時間單位
??來自上?？萍即髮W(xué)的主講嘉賓彭鵬研究員曾在加拿大渥太華大學(xué)從事博士后研究，其專業(yè)方向就是阿秒科學(xué)。彭鵬在論壇上介紹說，時間是描述物質(zhì)運(yùn)動和變化的一個非常重要的物理量，我們在日常生活中會接觸到很多的時間尺度，比如我們?nèi)搜鄣姆直媛蚀蟾攀?4幀每秒，視頻播放的速度通常也是24幀每秒.如果我們深入到微觀世界，時間尺度就要小很多，是越小的物體它的運(yùn)動就越快，比如光在1秒內(nèi)可以繞地球走七圈半，但如果描述分子級別的運(yùn)動，這個時間無疑是太長了，于是人們發(fā)明了更小的時間單位，如毫秒、微秒、納秒、皮秒和飛秒（10的負(fù)15次方秒）。但如果要觀察電子，飛秒還是不夠短，于是阿秒應(yīng)運(yùn)而生。
??“阿秒是10的負(fù)18次方秒，或者說是十億分之一秒的十億分之一，這是人類迄今可以直接測量的最短時間單位。這個時間到底有多短？1阿秒中光只能從水分子的一端傳播到另一端。有了阿秒尺度的觀測裝置，科學(xué)家可以看見‘光’，可以獲得阿秒脈沖信息以及物質(zhì)內(nèi)部電子運(yùn)動的信息。這是阿秒的能力，不是其他學(xué)科能夠替代的?！迸睐i說。
??彭鵬具體講述了阿秒脈沖的研究歷程。今年的諾獎得主安妮?呂利耶在1987年首次發(fā)表了關(guān)于高次諧波（HHG）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，隨后沃爾夫獎得主保羅·科克姆教授提出三步模型從理論上解釋了高次諧波的基本性質(zhì)。直到2001年，諾獎得主皮埃爾·阿戈斯蒂尼基于HHG成功制備并表征了阿秒脈沖串，每個脈沖僅持續(xù)250阿秒。與此同時，諾獎得主費(fèi)倫茨?克勞斯教授在另一實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生了孤立阿秒脈沖。
阿秒科學(xué)的應(yīng)用場景十分廣闊
??在彭鵬看來，這次阿秒物理學(xué)獲得諾獎，只是一個序幕的拉開，“阿秒科學(xué)正處于一個新興階段，處于一個方興未艾的時期，在宏觀世界中物理化學(xué)乃至生物的各種反應(yīng)，在微觀世界中都是基本粒子在起作用，而在基本粒子里，電子是最輕的，最先出現(xiàn)反應(yīng)的肯定是電子，如果有一天我們真正的可以實(shí)現(xiàn)電子運(yùn)動的追蹤乃至控制，這就意味著我們真的可以控制宏觀世界里面發(fā)生的物理化學(xué)乃至生物的反應(yīng)，這給各個學(xué)科會帶來變革性的影響?！?/p>
??據(jù)介紹，此次諾獎得主費(fèi)倫茨·克勞斯，在做了阿秒脈沖的基礎(chǔ)研究之后，把重心放到了血液檢測上。他希望把對阿秒脈沖的計量方法拓展到血液檢測中，希望帶來一種超高靈敏度的檢測技術(shù)。他做過一個實(shí)驗(yàn)：把一杯糖水的濃度不斷稀釋，稀釋到現(xiàn)有所有商用檢測手段都檢測不出濃度后，再把它稀釋1000倍，然后用費(fèi)倫茨·克勞斯的方法還能檢測出其含糖量。
諾獎得主發(fā)自內(nèi)心熱愛科學(xué)
??上海理工大學(xué)光電信息與計算機(jī)工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師劉一與諾獎得主安妮·呂利耶有合作關(guān)系。從2014年開始，雙方就空氣激光等相關(guān)課題展開合作，先后在安妮實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過4次合作實(shí)驗(yàn)。劉一眼中的安妮溫和、內(nèi)斂，言辭不多，但非常有智慧。她對葡萄酒很有研究，能夠分辨不同葡萄酒的年份。
??華東師范大學(xué)研究員李輝曾于2013-2016年在諾獎得主費(fèi)倫茨·克勞斯的阿秒物理團(tuán)隊獲得博士學(xué)位。她在論壇上講述了眼中的老師，“他和團(tuán)隊成員對科學(xué)真的是特別熱愛，是發(fā)自內(nèi)心的熱愛。他們在實(shí)驗(yàn)室的時候，你在旁邊就能感受到他們的這種熱情，老師會不斷地思考問題，該怎么去解決，他就是調(diào)動一切可能去解決問題！”
來源：上海科技報
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