據(jù)悉，2023諾貝爾物理學(xué)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(xué)院決定將2023年諾貝爾物理學(xué)獎授予美國科學(xué)家Pierre Agostini、德國科學(xué)家Ferenc Krausz和法國/瑞典科學(xué)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(xué)”。

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(rèn)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(qiáng)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(jìn)行放大。中國物理學(xué)家錢學(xué)森取其意將其命名為“激光”。20世紀(jì)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(jì)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(dá)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(xué)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(dá)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(jī)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(xué)反應(yīng)過程拍成“電影”并對整個過程進(jìn)行研究。而化學(xué)反應(yīng)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(jìn)行控制，飛秒激光所能夠達(dá)到的時間分辨尺度以及對應(yīng)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(dá)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(xué)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(qiáng)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(qiáng)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(xué)獎得主名單

2022年——法美奧三位科學(xué)家Alain Aspect、John F. Clauser和Anton Zeilinger獲獎，獲獎理由是“進(jìn)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(xué)”。

2021年——美德意三位科學(xué)家因“對人們理解復(fù)雜物理系統(tǒng)的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)”而獲獎。美籍日裔科學(xué)家Syukuro Manabe、德國科學(xué)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(yù)測全球變暖”；意大利科學(xué)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(xué)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(yù)測”；另外兩位獲獎?wù)呤堑聡兔绹茖W(xué)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(xué)家James Peebles獲獎，獲獎理由是“在物理宇宙學(xué)的理論發(fā)現(xiàn)”；另外兩位獲獎?wù)呤侨鹗靠茖W(xué)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(xué)家Arthur Ashkin、Gerard Mourou和Donna Strickland獲獎，獲獎理由是“在激光物理學(xué)領(lǐng)域所作出的開創(chuàng)性發(fā)明”。

2017年——三位美國科學(xué)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(xiàn)”。

2016年——英美三位科學(xué)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?fù)湎嘧兒屯負(fù)湎辔镔|(zhì)”。

2015年——日本科學(xué)家Takaaki Kajita和加拿大科學(xué)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(xué)獎小知識

——截至2022年，諾貝爾物理學(xué)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(xué)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?wù)撸?2次為2人共享，37次為3人共享。

——最年輕的獲獎?wù)呤怯锢韺W(xué)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(xiàn)”與父親一起獲獎，時年25歲。

——最年長的獲獎?wù)呤敲绹锢韺W(xué)家Arthur Ashkin，2018年因“在激光物理學(xué)領(lǐng)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(xué)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(xué)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(xué)獎；

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