2023年物理學諾獎得主鑄魂世界最快相機，帶領人類進入阿秒時代

　　10月3日，2023 年諾貝爾物理學獎授予皮埃爾·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）、費倫茨·克勞斯（Ferenc Krausz）、安妮·呂利耶（Anne L’Huillier），表彰他們對于超快激光和阿秒物理科學的開創性工作。

　　三位諾貝爾物理學獎得主，均為實驗物理學家。他們分別來自美國俄亥俄州立大學、德國馬克斯·普朗克量子光學研究所、瑞典隆德大學。其中，65歲的安妮·呂利耶是諾貝爾物理學獎迄今第5位女性得主，2004年成為瑞典皇家科學院院士，曾在2022年與費倫茨·克勞斯一同獲得被譽為“諾獎風向標”的沃爾夫獎。

　　諾貝爾獎官網顯示，1987年，安妮·呂利耶發現，當她將紅外激光透過稀有氣體時，會產生許多不同的光泛音，她繼續探索這一現象，為隨后的突破奠定了基礎。2001年，皮埃爾-阿戈斯蒂尼成功地產生并研究了一系列連續的光脈沖，其中每個脈沖只持續250阿秒。與此同時，費倫茨·克勞斯正在進行另一種類型的實驗，分離出了持續650阿秒的單個光脈沖。

人類進入阿秒時代

　　24年前，1999年諾貝爾化學獎被授予使用當時世界上最快的“相機”的美國加州理工學院教授艾哈邁德·H·祖瓦伊勒（Ahmed H. Zewail）。他用飛秒激光看到反應過程中化學分子的過渡態。

　　而今，世界最快“相機”再次升級，速度加快千倍，從飛秒跨越到阿秒，“看到”分子中電子的運動，并斬獲2023年諾貝爾物理學獎。

　　阿秒光脈沖（簡稱“阿秒脈沖”）是一束極短促的閃光，提供了一開一關極快的相機“快門”，能夠“拍攝”到狂飆中的電子。

　　發明這種基礎科學的新工具、新技術的科學家們，將人類帶進了阿秒時代。

阿秒激光是什么？

　　阿秒是時間的單位，1阿秒等于10-18秒，阿秒之前有飛秒，飛秒是10-15秒。超快激光，指的是飛秒這一時間段，這一時間段很多的化學反應，可以實時記錄，所以飛秒又叫分子攝影機，可以隨時去看待化學反應的過程。

　　阿秒相對來說更厲害，它厲害之處在于它可以看到原子、原子核，阿秒科學其實是有一個非常重要的應用價值，它可以看到原子尺度內的很多的量子動力學現象，可以實時去探測。當然探測只是第一步，阿秒激光其實還沒有真正成熟，我們如果能真正實現阿秒激光的話，就可以對它進行操控了，這個意義是非凡的。現在我們其實做出來的是阿秒脈沖，目前最短的阿秒脈沖應該是43阿秒。

阿秒脈沖不是最快的光

　　有人直觀上認為阿秒脈沖是最快的光，所以能追蹤飄忽運動的電子。

　　但實際上，在同一介質中，光速不變。

　　阿秒脈沖是最短的光脈沖。用最短的光脈沖可以探索電子世界。

　　如果簡單地把電子看作是原子核周圍的“超級跑車”或者子彈，那么阿秒脈沖如同開關很快的相機快門，可以將電子“拍攝”下來。

　　曝光時間之所以要短，是為了在快門一開一關之間，被拍攝對象幾乎相當于是靜止的，或者它移動的距離足夠短，否則很難定格清晰的瞬間。

應用于超高靈敏度檢測，或沖擊下一個諾獎？

　　阿秒脈沖在材料科學和醫學診斷等領域都有應用潛力。

　　三位獲獎者最年輕的費倫茨·克勞斯，在做了阿秒脈沖的基礎研究之后，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。他做過一個實驗：把一杯糖水的濃度不斷稀釋，稀釋到現有所有商用檢測手段都檢測不出濃度后，再把它稀釋1000倍，然后用費倫茨·克勞斯的方法還能檢測出其含糖量。

　　費倫茨·克勞斯于1962年5月17日出生在匈牙利。

　　諾貝爾獎官網介紹稱，費倫茨·克勞斯研究組已經邁出了生物應用的第一步。通過將寬帶光學、超快激光源和精確的飛秒-阿秒場解析技術相結合，克勞斯研究組開發出了光電場分子指紋技術，可以檢測生物流體分子成分的變化。這有望成為一種新的體外診斷分析技術，用于檢測血液樣本中痕量的疾病特征分子。它的最大優點是可以同時監測許多分子，而且輻射是非電離的，因此不會對人體造成傷害。

　　這種檢測的原理實際上是對整個光場進行精確地掃描或檢測，對相關光子的相位進行確認。“每個分子對它都有不同的振動頻率”，如同分子指紋，所以這種方法可以在血液中檢測非常多種類的分子。

　　有評論稱，如果這種分子檢測新方法獲得成功應用，克勞斯甚至可能獲得第二個諾獎。

　　目前，阿秒脈沖技術還需要更多學科的擴展和應用。我國在阿秒科學領域也有布局，從國家層面到中國科學院層面，都給予了關注和支持。中國科學院在青年團隊計劃中專門針對原子尺度阿秒超快動力學以及阿秒科學與技術等研究項目給予了穩定支持。

　　據中國科學院物理研究所微信公眾號消息，2013年，中國科學院物理研究所魏志義課題組實現了160阿秒孤立阿秒脈沖測量實驗結果，這是我國在阿秒科學領域的重大突破。隨后，華中科技大學、國防科技大學和中國科學院西安光學精密機械研究所的研究團隊也先后實現了阿秒脈沖的產生和測量。