2023 年诺贝尔物理学奖获得者以阿秒为单位测量电子

2023 年诺贝尔物理学奖刚刚授予三位物理学家，以表彰他们在电子世界探索方面的贡献。皮埃尔·阿戈斯蒂尼 (Pierre Agostini)、费伦茨·克劳斯 (Ferenc Krausz) 和安妮·吕里尔 (Anne L'Huillier) 将共同分享这一殊荣。

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诺贝尔委员会周二写道：“这些物理学家因其实验而受到认可，这些实验为人类探索原子和分子内的电子世界提供了新工具。”“皮埃尔·阿戈斯蒂尼、费伦茨·克劳斯和安妮·吕里尔展示了一种产生极短光脉冲的方法，可用于测量电子移动或改变能量的快速过程。”

阿戈斯蒂尼是俄亥俄州立大学名誉教授。克劳斯隶属于马克斯·普朗克量子光学研究所和慕尼黑路德维希·马克西米利安大学。吕里尔是瑞典隆德大学的教授，也是第五位获得诺贝尔物理学奖的女性。

发现阿秒

在人类看来，快速移动的事件会相互流动，就像一本静止图像的翻页书可以被看作连续的运动一样。为了更好地研究这些极其短暂的事件，需要特殊的技术。

在电子世界中，这些变化发生在一阿秒内，或者只有万亿分之一秒的百万分之一。一阿秒非常短，一秒钟内的阿秒数与宇宙诞生（大约 138 亿年前）以来的秒数相同。

原子和分子中的电子运动以这些阿秒为单位进行测量。据颁奖委员会介绍，Agostini、Krausz 和 L'Huillier 进行了实验，证明了如何实际观察和测量阿秒脉冲。

光的泛音

1987 年，L'Huillier 发现，当红外激光穿过惰性气体时，会产生许多不同的光泛音。每个单独的泛音都是一个光波，激光的每个周期都有给定的周期数。泛音是由激光与气体中的原子相互作用引起的。它们给一些电子带来额外的能量提升，然后以光的形式发射出来。此后近四十年里，L'Huillier 一直在探索这一现象，为后来的突破奠定了基础。

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2001 年，阿戈斯蒂尼制作并研究了一系列连续的光脉冲。在这些实验中，每个脉冲仅持续 250 阿秒。与此同时，克劳斯正在研究另一种实验。他的实验使得分离出一个持续 650 阿秒的单个光脉冲成为可能。

这项工作使得人们能够研究那些以前不可能跟踪的快速物理过程。

诺贝尔物理学奖委员会主席伊娃·奥尔森在一份声明中表示：“我们现在可以打开电子世界的大门。阿秒物理学让我们有机会了解由电子控制的机制。下一步就是利用它们。”

这项开创性的工作在未来的电子和医学领域具有潜在的应用前景。在电子领域，了解和控制电子在材料中的行为至关重要。阿秒脉冲还可以在未来的医学诊断中识别不同的分子。

“就像摄影师使用闪光灯捕捉蜂鸟的翅膀或被击中的棒球一样，今年的诺贝尔奖获奖者开发了革命性的方法来生成和测量极快的激光脉冲，可以捕捉一些已知的最快速的物理效应，”约翰霍普金斯大学物理学家 N. Peter Armitage 在一封电子邮件中告诉 PopSci。“除其他方面外，他们的工作让人们深入了解了原子间电子的运动，并允许制作化学反应的电影。这是一项了不起的基础科学，并且是为了这个目的而做的，但这些发现最终可能让人们深入了解高温下超导性和高效光能收集的效应。”

2022 年诺贝尔物理学奖授予约翰·F·克劳泽、阿兰·阿斯派克特和安东·泽林格，以表彰他们在理解量子纠缠方面做出的独立贡献。其他获奖者包括 1903 年的皮埃尔和玛丽·居里夫妇以及 1918 年的马克斯·普朗克。