據(jù)悉，2023諾貝爾物理學獎揭曉，阿秒量級光脈沖獲獎。

北京時間10月3日下午5點45分許，瑞典皇家科學院決定將2023年諾貝爾物理學獎授予美國科學家Pierre Agostini、德國科學家Ferenc Krausz和法國/瑞典科學家Anne L’Huillier，以表彰他們“開發(fā)了產(chǎn)生阿秒光脈沖的實驗方法，用于研究物質(zhì)中的電子動力學”。

2023年的諾貝爾獎單項獎金為1100萬瑞典克朗（約合人民幣726.5萬元），相比去年增加了100萬瑞典克朗。

小提示（Tips）

什么是阿秒光脈沖

阿秒光脈沖是一種發(fā)光持續(xù)時間極短的光脈沖，其脈沖寬度小于1fs。為了更好地認識阿秒光脈沖，我們需要了解激光的產(chǎn)生和發(fā)展過程。

激光是一種具有發(fā)射方向單一、強度極高且相干性好等特點新型光源。激光的英文名為laser，即是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的縮寫，字面意思為受激輻射對光進行放大。中國物理學家錢學森取其意將其命名為“激光”。20世紀60年代，美國加州休斯實驗室的梅曼研發(fā)出了世界上的第一束激光。

圖 微觀運動的時間尺度。

根據(jù)發(fā)光持續(xù)時間的長短，激光一般被分類為連續(xù)激光和脈沖激光。連續(xù)激光能夠在長時間內(nèi)產(chǎn)生激光但輸出的功率較低。脈沖激光工作方式是在一個個間隔的小時間段內(nèi)發(fā)射光脈沖，其峰值功率很高。從20世紀激光誕生開始到其后的80年代，脈沖激光的單個脈沖時間可以達到皮秒量級。隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，激光的脈沖寬度也在不斷縮小。1981年，貝爾實驗室的福克等人采用鎖模技術(shù)將脈沖激光的脈沖寬度縮小到小于100 fs。2001年，奧地利維也納技術(shù)大學的克勞茨研究組在實驗上成功地利用氣體高次諧波產(chǎn)生了脈寬為650 as的單個光脈沖，使光脈沖寬度達到阿秒量級。

超短的光脈沖有助于提高人們觀察微觀粒子高速運動的時間分辨率，就像高速相機允許人們記錄如爆炸的氣球或高速的子彈等更快的事件一樣。飛秒激光的出現(xiàn)使人類第一次在原子和分子層面上觀察到超快運動過程。我們這個世界的物質(zhì)大都是由分子和原子組成，它們都在不停地飛速運動著，這是微觀物質(zhì)的一個非常重要的基本屬性。飛秒激光可以讓人們把化學反應過程拍成“電影”并對整個過程進行研究。而化學反應的本質(zhì)是原子與分子中電子的運動。為了更加深入地觀察電子的運動以及對其進行控制，飛秒激光所能夠達到的時間分辨尺度以及對應的空間分辨尺度(100nm)顯然是不能滿足條件的。而現(xiàn)在實驗上所能獲得的阿秒光脈沖的脈沖寬度已經(jīng)能夠達到甚至短于電子在原子中的運動周期。阿秒光脈沖這種超短的時間分辨能力已經(jīng)為基于研究電子運動的阿秒科學打開了大門。

圖 邁布里奇1878年拍攝賽馬奔跑時的照片

圖 采用阿秒光脈沖串聯(lián)合紅外激光對阿秒電子波包成像的實驗結(jié)果(上)和理論結(jié)果(下)

圖 阿秒脈沖產(chǎn)生的三步模型。（A）原子的庫侖場和其中的電子；（B）在強激光場作用下發(fā)生隧穿電離，電子離開原子；（C）脫離原子的電子在強激光場中加速，獲得能量；（D）電子回到原子中，在激光場中獲得的能量以一個極紫外光子的形式釋放出來。

過去8年諾貝爾物理學獎得主名單

2022年——法美奧三位科學家Alain Aspect、John F. Clauser和Anton Zeilinger獲獎，獲獎理由是“進行了糾纏光子的實驗，確立了貝爾不等式的違反，并開創(chuàng)了量子信息科學”。

2021年——美德意三位科學家因“對人們理解復雜物理系統(tǒng)的開創(chuàng)性貢獻”而獲獎。美籍日裔科學家Syukuro Manabe、德國科學家Klaus Hasselmann的獲獎理由是“物理模擬地球氣候，量化變化和可靠地預測全球變暖”；意大利科學家Giorgio Parisi的獲獎理由是“發(fā)現(xiàn)從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)的無序和波動的相互作用”。

2020年——英國科學家Roger Penrose獲獎，獲獎理由是“發(fā)現(xiàn)黑洞形成是廣義相對論的一個有力預測”；另外兩位獲獎者是德國和美國科學家Reinhard Genzel、Andrea Ghez，獲獎理由是“在銀河系中心發(fā)現(xiàn)了一個超大質(zhì)量的致密天體”。

2019年——美國科學家James Peebles獲獎，獲獎理由是“在物理宇宙學的理論發(fā)現(xiàn)”；另外兩位獲獎者是瑞士科學家Michel Mayor和Didier Queloz，獲獎理由是“發(fā)現(xiàn)了一顆圍繞類太陽恒星運行的系外行星”。

2018年——美法加三位科學家Arthur Ashkin、Gerard Mourou和Donna Strickland獲獎，獲獎理由是“在激光物理學領域所作出的開創(chuàng)性發(fā)明”。

2017年——三位美國科學家Rainer Weiss、Barry C. Barish和Kip S. Thorne獲獎，獲獎理由是“對LIGO探測器和引力波觀測的決定性貢獻”。

2016年——英美三位科學家David J. Thouless、F. Duncan M. Haldane和J. Michael Kosterlitz獲獎，獲獎理由是“理論發(fā)現(xiàn)拓撲相變和拓撲相物質(zhì)”。

2015年——日本科學家Takaaki Kajita和加拿大科學家Arthur B. McDonald獲獎，獲獎理由是“發(fā)現(xiàn)了中微子振蕩，表明中微子具有質(zhì)量”。

諾貝爾物理學獎小知識

——截至2022年，諾貝爾物理學獎共頒發(fā)了116次，沒有頒發(fā)的六年分別是1916、1931、1934、1940、1941和1942年。

——從1901年至2022年，共222人次獲獎，實際獲獎個人為221人，因為美國物理學家John Bardeen于1956年和1972年兩次獲獎。

——116次頒獎中，47次為單獨獲獎者，32次為2人共享，37次為3人共享。

——最年輕的獲獎者是英國物理學家Lawrence Bragg，1915年因“用X射線對晶體結(jié)構(gòu)的分析所作的貢獻”與父親一起獲獎，時年25歲。

——最年長的獲獎者是美國物理學家Arthur Ashkin，2018年因“在激光物理學領域所作出的開創(chuàng)性發(fā)明”獲獎，時年96歲。

——221位諾貝爾物理學獎得主中，有4位女性。分別是1903年的居里夫人（居里夫人另外還獲得1911年的化學獎）、1963年的Maria Goeppert-Mayer、2018年的Donna Strickland，以及2020年的Andrea Ghez。

——諾獎史上的“家庭”諾獎。

夫婦：Marie Curie和Pierre Curie夫婦獲得1903年的諾貝爾物理學獎；

父子：William Bragg和Lawrence Bragg父子獲得1915年的諾貝爾物理學獎；Niels Bohr獲得1922年諾貝爾物理學獎，其子Aage N. Bohr獲得1975年諾貝爾物理學獎；Manne Siegbahn獲得1924年諾貝爾物理學獎，其子Kai M. Siegbahn獲得1981年諾貝爾物理學獎；J. J. Thomson獲得1906年諾貝爾物理學獎，其子George Paget Thomson獲得1937年諾貝爾物理學獎。