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三位科學家獲2023年諾貝爾物理學獎 為電子按下快門”的三位科學家
時間:2023-10-03 23:31   來源:川北在線綜合   責任編輯:毛青青
    原標題:三位科學家獲2023年諾貝爾物理學獎 為電子按下快門”的三位科學家

    北京時間周二傍晚,瑞典皇家科學院召開發(fā)布會,宣布將2023年諾貝爾物理學獎授予俄亥俄州立大學的皮埃爾·阿戈斯蒂尼(Pierre Agostini)、馬克斯·普朗克量子光學研究所和慕尼黑大學的費倫茨·克勞修斯(Ferenc Krausz)和瑞典隆德大學的安妮·呂伊利埃(Anne L’Huillier)三名科學家,以表彰他們在阿秒脈沖光方面所做出的貢獻。
 
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  在頒獎之前,業(yè)界也普遍預期阿秒物理學是今年的大熱門。作為“諾獎風向標”,去年的沃爾夫物理獎也頒給了費倫茨·克勞修斯、安妮·呂伊利埃,以及渥太華大學的Paul Corkum教授,以表彰他們“對超快激光科學和阿秒物理學的開創(chuàng)性貢獻”。
 
  值得一提的是,呂伊利埃是諾貝爾物理學獎歷史上第五位得獎的女性科學家,在周二組委會給她打電話通知獲獎時,正在學校里講課的她還多次按掉組委會的來電。
 
  與我們熟悉的秒一樣,阿秒(attosecond)也是一種時間單位,計量上為10⁻¹⁸秒(0.000000000000000001秒),足以見得跨度之短暫。諾貝爾獎官方表示,這三名科學家展示了一種創(chuàng)造極短光脈沖的方法,這些光脈沖可以用來測量電子移動或能量變化的快速過程。電子的移動速度非常快,一度被認為是“無法追蹤的運動”,而阿秒物理學則打破了這種不可能。
 
  (來源:中科院物理所、“中國光學”微信公眾號)
 
  這一切的開端要從1987年開始說起,安妮·呂伊利埃當時發(fā)現(xiàn),在紅外激光通過稀有氣體時,會產(chǎn)生許多不同的光的泛音。它們是由激光與氣體中的原子相互作用引起,這種作用給予一些電子額外的能量,然后以光的形式發(fā)射出來。隨后呂伊利埃繼續(xù)探索這一現(xiàn)象,為后續(xù)的突破奠定了基礎。
 
  在2001年,皮埃爾·阿戈斯蒂尼成功地產(chǎn)生并研究了一系列連續(xù)的光脈沖,每個脈沖只持續(xù)250阿秒。與此同時,費倫茨·克勞修斯在另一種類型的實驗中,成功分離出可持續(xù)650阿秒的單個光脈沖,使得光脈沖寬度達到阿秒量級。這些科學家的努力,也使得人類能夠在極短的時間尺度上研究各種物理、化學和生物過程,并且在醫(yī)學、工業(yè)制造等領域展現(xiàn)出了潛在價值。
 
  (實驗設置概述,來源:諾貝爾獎組委會)
 
  諾貝爾物理學獎評選委員會主席伊娃·奧爾森評價稱:“現(xiàn)在我們可以打開通往電子世界的大門。阿秒物理學給了我們理解電子所支配機制的機會,下一步將是利用它們。”
 
  “為電子運動拍照”的阿秒物理學
 
  在解釋超短光脈沖的作用時,科學家們最喜歡舉的例子是“相機快門”,不同尺度的脈沖正是“按下快門的速度”。上世紀80年代,人類將脈沖激光的寬度推進至飛秒領域,得以解鎖對分子和原子運動的觀察,而阿秒激光則能讓人類觀察分子和原子中電子的運動。
 
  美國物理協(xié)會主席、芝加哥大學教授Bob Rosner解讀稱,就像建房子一樣,我們能夠觀察到地基、墻壁和房頂逐步搭起,而分子的組裝也有這樣的順序,阿秒激光使我們能夠觀察分子組裝的過程。
 
  在實際的應用領域,阿秒激光也在眾多領域具有突出的應用價值,例如在醫(yī)學成像中可以展現(xiàn)出更高的分辨率,而股民們非常熟悉的“飛秒(視力矯正)手術(shù)”也有希望進一步提高切割的精度,另外在光學材料、半導體等領域也大有可為。由于阿秒物理學研究的是電子運動,所以可以說世間萬物都能在這項技術(shù)的助力下走上更高的臺階。
 
  (阿秒激光在部分領域的應用展望)
 
  物理學獎也是今年諾貝爾獎第二個出爐的獎項,明天同一時段將會頒發(fā)今年的諾貝爾化學獎。
 
  本文源自財聯(lián)社

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