探阿秒光脉冲为“无法追踪的运动”按快门,三人摘物理学诺奖
南方都市报
2023-10-12 04:07:51
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原标题:探阿秒光脉冲为“无法追踪的运动”按快门,三人摘物理学诺奖

南方都市报2023年10月4日A07版。

瑞典皇家科学院3日宣布,将2023年诺贝尔物理学奖授予皮埃尔·阿戈斯蒂尼、费伦茨·克劳斯和安妮·吕利耶,以表彰他们将产生阿秒光脉冲的实验方法用于研究物质的电子动力学。

瑞典皇家科学院常任秘书汉斯·埃勒格伦当天在皇家科学院会议厅公布了获奖者名单及主要成就。他说,今年的获奖成果是实验方法,为人类探索原子和分子内的电子世界提供了新工具。

阿戈斯蒂尼是美国俄亥俄州立大学教授;克劳斯是德国马克斯·普朗克量子光学研究所主任和德国慕尼黑大学教授;吕利耶是瑞典隆德大学教授。

瑞典皇家科学院在当天发表的新闻公报中说,获奖研究成果“展示了一种产生极短光脉冲的方法,它可用于测量电子移动或改变能量的快速过程”。公报说,探究真正短暂的事件需要特殊技术,在电子世界中,变化发生在十分之几阿秒内。

研究成果展示了一种产生极短光脉冲的方法。

获奖者们的实验产生了如此短的、以阿秒为测量单位的光脉冲,这些脉冲可用于提供原子和分子内部过程的图像。公报说,获奖研究成果使得以前无法追踪的快速过程研究成为可能,还在许多不同领域有潜在应用,例如电子学中了解和控制电子在材料中的行为,还可在医学诊断中用于识别不同分子。

公报援引诺贝尔物理学奖评选委员会主席伊娃·奥尔松的话说,我们现在可以打开电子世界的大门,阿秒物理学使我们有机会了解受电子支配的机制。下一步研究将是如何利用它们。

吕利耶成为第5位获得诺贝尔物理学奖的女性。吕利耶当天在接受电话连线采访时表示,获得诺奖对她来说“意义重大”,作为获奖的女科学家她感到很高兴。

三名获奖者将平分1100万瑞典克朗奖金。2023年每项诺贝尔奖的奖金由去年的1000万瑞典克朗增加到1100万瑞典克朗。

阿秒与心跳、宇宙年龄的比较示意图。

知多D

与我们熟悉的秒一样,阿秒(attosecond)也是一种时间单位,计量上为10^-18秒(0.000000000000000001秒),是一个非常短暂的时刻。而“阿秒光脉冲”是在这样短暂时间内发出的光脉冲。电子的移动速度非常快,一度被认为是“无法追踪的运动”,而阿秒物理学则打破了这种不可能。

人物简介

皮埃尔·阿戈斯蒂尼

1968年在法国艾克斯-马赛大学获博士学位,完成学业后,成为法国原子能委员会萨克雷分会的一名研究员,在那里担任过各种职务,一直工作到2002年。2001年,阿戈斯蒂尼成功地制造并研究了一系列连续的光脉冲,每个脉冲仅持续250阿秒。

2005年来到美国俄亥俄州立大学,担任物理学教授。2008年被选为OSA院士,“因其在创新实验开发方面的领导地位,为原子和分子在强红外激光脉冲下的非线性响应动力学提供了重要见解。”

费伦茨·克劳斯

1962年5月17日生于匈牙利,匈牙利裔奥地利人,1991年获奥地利维也纳理工大学博士学位。现任德国马克斯·普朗克量子光学研究所所长、慕尼黑路德维希·马克西米利安大学教授。

2022年,克劳斯获得2022年沃尔夫物理学奖,以表彰他“对超快激光科学和阿秒物理学的开创性贡献”。

安妮·吕利耶

1958年8月16日出生于法国巴黎,瑞典隆德大学教授。1986年,在巴黎第六大学获得物理学博士学位,并于法国原子能委员会和法国撒克里研究中心进行研究。她在瑞典和美国进行博士后研究。

自2004年以来她一直是瑞典皇家科学院院士,并于2008年获授欧洲研究委员会的高级研究项目奖助金。2011年3月获得2011年度世界杰出女科学家奖。2022年2月获得2022年沃尔夫物理学奖。

“数”说诺奖

迄今共224人摘得物理学奖

据诺贝尔奖官网此前公布的数据,1901年至2022年间,诺贝尔物理学奖共颁发116次,共221人获得该奖项。加上今年的获奖者共有224人。

此前最年轻的诺贝尔物理学奖获得者是物理学家劳伦斯·布拉格。1915年,与父亲一起获得诺贝尔奖时,他年仅25岁。此前最年长的诺贝尔物理学奖获得者是美国物理学家阿瑟·阿什金,他2018年获得诺贝尔奖时已经96岁了。

美国物理学家约翰·巴丁是唯一一位曾两次获得诺贝尔物理学奖的人,分别是在1956年和1972年。

1956年,美国的三位物理学家威廉·布拉德福德·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·豪瑟·布拉顿被授予诺贝尔物理学奖,三人平分奖金,以表彰他们对半导体的研究和对晶体管效应的发现。

1972年,美国的三位物理学家约翰·巴丁、莱昂·尼尔·库珀和约翰·罗伯特·施里弗被授予诺贝尔物理学奖,三人平分奖金,以表彰他们共同提出BCS超导理论。

居里夫人曾两次获得诺贝尔奖,一次是1903年物理学奖,一次是1911年化学奖。

过去十年关键词:“预见”“发明”“发现作用”

在过去的十年中,诺贝尔物理学奖得主们在获奖时所属的机构大多是大学、实验室、研究所等学术机构,这样的机构专为学术而设置,不仅能够提供大量且专业的学术资源,还聚集了某一学术领域内的无数能人异士,所有人各显神通、集思广益,最终在互相碰撞的思维火花中得出新的发现。

而纵观这十年间诺贝尔物理学奖得主们的获奖原因,可以发现这样的现象:2013年-2020年,获奖原因中,出现得较频繁的关键词是“预见”“发明”“发现”;2021年-2022年,获奖原因中,出现得较频繁的关键词是“发现作用”“预测现象”。

进一步分析这些关键词,可以发现,在2013年-2020年的关键词中,学者们“预见”“发明”“发现”的对象都是具体的物质。比如,在2014年,三位诺贝尔物理学奖得主发明了高亮度蓝色发光二极管;在2019年,两位诺贝尔物理学奖得主首次发现了太阳系外行星。这些发明与发现的共同点是:学者们发现了此前人类从未发现的新物质,或者由人类已经发现过的物质出发,通过研究,增加、丰富了人类对这一物质的认知。在人类物理学领域中,这些发明与发现都为人类更加全面地认知这个世界作出了贡献。

而在2021年-2022年的关键词中,学者们研究的对象从具体的物质变成了抽象的现象,他们也越来越多地关注到了现象背后反映出来的本质,并在研究中紧密地将这些本质与现实生活相结合。比如,在2021年,两位诺贝尔物理学奖得主基于对地球气候的关注,建立了物理模型,将全球气候的可变性量化,并对全球变暖这一现象进行了预测。气候变化是一个全球化的问题,这个问题关系到全人类的生活,并迫在眉睫。学者们将视线放到了日常生活中的问题上,运用自身掌握的知识,对这些亟待解决的问题进行分析、模拟、量化,以科学的方式解决问题,最终的目的是造福于人类社会。在如今的学者们心中,尽管他们的研究领域是人类物理学领域,但这并不意味着他们的研究会脱节于人类社会。相反,他们聚焦人类社会,将人类社会中存在着的问题放到实验室进行研究、讨论,从人类物理学领域出发,为全人类的生存而作贡献。

整合:史明磊

文字来源:新华社、诺贝尔奖官网、澎湃新闻、人民网、光明网

图片来源:诺贝尔奖官网、诺贝尔奖官推

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