2023年诺贝尔物理学奖由三位科学家分享。瑞典皇家科学院3日宣布，今年诺贝尔物理学奖将授予美国俄亥俄州立大学教授皮埃尔·阿戈斯蒂尼和德国慕尼黑大学物理学教授费伦茨·克劳斯。克劳斯和瑞典隆德大学原子物理学教授安妮·惠利尔（Anne L'Huillier），“他们创造了一种用于研究物质中电子动力学的阿秒激光脉冲实验方法。”

“可以想象，这三位科学家共同‘发明’了一台‘相机’，帮助人们观察微观世界中粒子的超快运动。”上海交通大学激光与等离子体教育部重点实验室教授何峰在接受本报记者采访解读今年诺贝尔物理学奖时介绍，三位获奖科学家都是实验物理学家。基于他们对超快激光科学和阿秒物理学的开创性贡献，人们已经能够了解微观世界。观察原子、分子和固体中电子的运动并对其进行成像。

值得一提的是，卢利尔也成为第五位女性诺贝尔物理学奖获得者。

又一个里程碑！脉冲激光器已从皮秒升级到阿秒

自然界中的各种物理过程都有不同的运动时间尺度。例如，运动员一般每秒划水一次，划水过程用肉眼就能清晰辨别；子弹穿透苹果的过程无法用肉眼捕捉到，但可以借助高速摄像机以慢动作捕捉。相比之下，自然界微观世界中的粒子运动速度要快得多，甚至无法用高速相机捕捉到。以氢原子为例，电子绕原子核运动所需的时间是10的负18次方的150倍。为了能够清楚地看到原子内电子的运动，需要一台曝光时间短至阿秒的超快相机。阿秒激光脉冲就是这样的相机。

一阿秒是10 的负18 秒次方。那么，阿秒有多短？上海理工大学太赫兹技术创新研究院朱一鸣教授打了个比方：目前能观测到的最长时间尺度是宇宙的年龄，约为140亿年。一阿秒比一秒相当于一秒比整个宇宙的年龄。

他接着解释说，激光根据发光时间的长短，一般分为连续激光和脉冲激光。连续激光器可长时间产生激光，但输出功率较低。脉冲激光器的工作方式是间隔地发射小间隔的光脉冲，其峰值功率很高。从1960年激光诞生到随后的20世纪80年代，脉冲激光的单脉冲时间可以达到皮秒级别。

此次获得诺贝尔奖的三位科学家将脉冲激光从皮秒提升到了阿秒级别。

其中，Loulier从事原子与短强激光脉冲相互作用的研究。从20世纪80年代初到现在，她一直在研究高次谐波——，这是产生阿秒激光脉冲的必要物理过程。 1987年，她参与了第一次产生高次谐波的实验。

Agostini于1979年首次发现激光与原子相互作用时的多光子电离效应。这一效应和高次谐波的产生是强激光与原子相互作用的两个典型过程。此外，阿戈斯蒂尼还发明了一种测量阿秒脉冲链（由多个阿秒脉冲组成）宽度的方法。

20 世纪90 年代，Kraus 在维也纳技术大学时就对使用激光器产生超短光脉冲感兴趣。克劳斯第一次通过实验产生了孤立的阿秒激光脉冲，这比产生阿秒脉冲链更困难。此外，他使用孤立的阿秒激光脉冲在原子尺度上对电子运动进行实时观察。谈到这一点，何峰举了一个例子，“如果说孤立的阿秒脉冲是人类观察微观世界的‘眼镜’，那么克劳斯就是第一个制造出这种‘眼镜’的人。”

阿秒级设备的日益普及，为改变物理世界带来更多可能

可以说，今年获得诺贝尔物理学奖认可的阿秒激光脉冲技术，为电子极速超快运动的研究打开了一扇大门。

“这项技术不仅对物理学的发展具有重要意义，对我们认识甚至改变物理世界也具有重要意义，包括促进化学、医学、生物学等领域的发展。”中国科学院物理研究所魏志毅研究员长期从事超强激光和阿秒激光脉冲研究。 “众所周知，上个世纪物理学的重大突破是原子核模型的建立，其中电子发挥了很大的作用。正是阿秒激光脉冲让我们能够观察到电子的运动。不仅如此也就是说，它也将让我们对作用机制带来新的认识，包括高温超导从应用角度来看，也将给信息、光伏产业、医学影像、药物合成等领域带来巨大的变革。 ”魏志毅说道。

何峰举了飞秒化学的例子，飞秒化学获得了1991年的诺贝尔化学奖。当时科学家观察到合成过程中化学键是如何断裂的，这是飞秒级别的。原子中电子运动的时间在阿秒级别，尺度更小。然而，通过激光脉冲观察微观电子运动可以帮助我们更好地了解世界。未来，人类或许能够控制化学和物理变化。例如，化学医学可以通过人为设定化学变化的方向来进行。

“就像，通过这只神奇的‘眼睛’，我们首先看到并了解微观世界，然后了解世界，最后改变世界。”不过，何峰也坦言，从观察微观世界的粒子运动，到理解这些粒子的运动，再利用这些规律来改变微观世界，或者让微观世界按照我们的想法运动，仍然是一个漫长的过程。 “但无论如何，现在至少已经迈出了重要的一步。”

复旦大学物理系研究员陶振生教授也介绍，目前，阿秒级的设备和装置在世界各地的实验室中越来越普及，并被科学家作为一种新的测量工具使用。观察和了解电子、原子和分子的运动过程。

诺贝尔物理学奖迎来第五位女性获奖者

今年获得诺贝尔物理学奖的三位科学家都与魏志毅所在的中科院物理研究所有着长期的联系。尤其是克劳斯，他曾担任该研究所的名誉教授，与魏志毅团队的合作非常密切。

在魏志毅心目中，克劳斯是一位非常有活力和创新精神的科学家。他不仅在基础研究和前沿激光技术方面取得重要成果，而且非常注重应用研究成果造福人类。正是他的创新实验计划使人类首次获得了阿秒激光脉冲。

魏志毅还表示，克劳斯近年来在中红外飞秒激光器的研究方面取得了新突破，希望通过与医疗领域的合作，实现癌症的早期诊断。 “他在这个领域做了很多有价值的工作。 ”

64岁的卢利尔成为第五位获得诺贝尔物理学奖的女性。何峰告诉记者，卢里尔的研究非常扎实。她在高次谐波领域的研究已经持续了几十年，可以说持续了几十年，时至今日她仍然继续在这个领域工作。 “这也是她在这一领域不断取得新成果的重要原因之一。”

卢利尔出生于巴黎。她曾在接受采访时表示，1969年首次载人登月的阿波罗11号任务极大地激发了她对科学的兴趣。她的祖父是一位从事无线电通信的电气工程教授，这让她对科学技术产生了极大的热情，后来成为实验阿秒物理学的领军人物。作者：姜鹏褚淑婷编辑：姜鹏