2023诺贝尔物理学奖揭晓，阿秒量级光脉冲获奖

据悉，2023诺贝尔物理学奖揭晓，阿秒量级光脉冲获奖。

北京时间10月3日下午5点45分许，瑞典皇家科学院决定将2023年诺贝尔物理学奖授予美国科学家Pierre Agostini、德国科学家Ferenc Krausz和法国/瑞典科学家Anne L’Huillier，以表彰他们“开发了产生阿秒光脉冲的实验方法，用于研究物质中的电子动力学”。

2023年的诺贝尔奖单项奖金为1100万瑞典克朗（约合人民币726.5万元），相比去年增加了100万瑞典克朗。

小提示（Tips）

什么是阿秒光脉冲

阿秒光脉冲是一种发光持续时间极短的光脉冲，其脉冲宽度小于1fs。为了更好地认识阿秒光脉冲，我们需要了解激光的产生和发展过程。

激光是一种具有发射方向单一、强度极高且相干性好等特点新型光源。激光的英文名为laser，即是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的缩写，字面意思为受激辐射对光进行放大。中国物理学家钱学森取其意将其命名为“激光”。20世纪60年代，美国加州休斯实验室的梅曼研发出了世界上的第一束激光。

图 微观运动的时间尺度。

根据发光持续时间的长短，激光一般被分类为连续激光和脉冲激光。连续激光能够在长时间内产生激光但输出的功率较低。脉冲激光工作方式是在一个个间隔的小时间段内发射光脉冲，其峰值功率很高。从20世纪激光诞生开始到其后的80年代，脉冲激光的单个脉冲时间可以达到皮秒量级。随着激光技术的不断发展，激光的脉冲宽度也在不断缩小。1981年，贝尔实验室的福克等人采用锁模技术将脉冲激光的脉冲宽度缩小到小于100 fs。2001年，奥地利维也纳技术大学的克劳茨研究组在实验上成功地利用气体高次谐波产生了脉宽为650 as的单个光脉冲，使光脉冲宽度达到阿秒量级。

超短的光脉冲有助于提高人们观察微观粒子高速运动的时间分辨率，就像高速相机允许人们记录如爆炸的气球或高速的子弹等更快的事件一样。飞秒激光的出现使人类第一次在原子和分子层面上观察到超快运动过程。我们这个世界的物质大都是由分子和原子组成，它们都在不停地飞速运动着，这是微观物质的一个非常重要的基本属性。飞秒激光可以让人们把化学反应过程拍成“电影”并对整个过程进行研究。而化学反应的本质是原子与分子中电子的运动。为了更加深入地观察电子的运动以及对其进行控制，飞秒激光所能够达到的时间分辨尺度以及对应的空间分辨尺度(100nm)显然是不能满足条件的。而现在实验上所能获得的阿秒光脉冲的脉冲宽度已经能够达到甚至短于电子在原子中的运动周期。阿秒光脉冲这种超短的时间分辨能力已经为基于研究电子运动的阿秒科学打开了大门。

图 迈布里奇1878年拍摄赛马奔跑时的照片

图 采用阿秒光脉冲串联合红外激光对阿秒电子波包成像的实验结果(上)和理论结果(下)

图 阿秒脉冲产生的三步模型。（A）原子的库仑场和其中的电子；（B）在强激光场作用下发生隧穿电离，电子离开原子；（C）脱离原子的电子在强激光场中加速，获得能量；（D）电子回到原子中，在激光场中获得的能量以一个极紫外光子的形式释放出来。

过去8年诺贝尔物理学奖得主名单

2022年——法美奥三位科学家Alain Aspect、John F. Clauser和Anton Zeilinger获奖，获奖理由是“进行了纠缠光子的实验，确立了贝尔不等式的违反，并开创了量子信息科学”。

2021年——美德意三位科学家因“对人们理解复杂物理系统的开创性贡献”而获奖。美籍日裔科学家Syukuro Manabe、德国科学家Klaus Hasselmann的获奖理由是“物理模拟地球气候，量化变化和可靠地预测全球变暖”；意大利科学家Giorgio Parisi的获奖理由是“发现从原子到行星尺度的物理系统的无序和波动的相互作用”。

2020年——英国科学家Roger Penrose获奖，获奖理由是“发现黑洞形成是广义相对论的一个有力预测”；另外两位获奖者是德国和美国科学家Reinhard Genzel、Andrea Ghez，获奖理由是“在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体”。

2019年——美国科学家James Peebles获奖，获奖理由是“在物理宇宙学的理论发现”；另外两位获奖者是瑞士科学家Michel Mayor和Didier Queloz，获奖理由是“发现了一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星”。

2018年——美法加三位科学家Arthur Ashkin、Gerard Mourou和Donna Strickland获奖，获奖理由是“在激光物理学领域所作出的开创性发明”。

2017年——三位美国科学家Rainer Weiss、Barry C. Barish和Kip S. Thorne获奖，获奖理由是“对LIGO探测器和引力波观测的决定性贡献”。

2016年——英美三位科学家David J. Thouless、F. Duncan M. Haldane和J. Michael Kosterlitz获奖，获奖理由是“理论发现拓扑相变和拓扑相物质”。

2015年——日本科学家Takaaki Kajita和加拿大科学家Arthur B. McDonald获奖，获奖理由是“发现了中微子振荡，表明中微子具有质量”。

诺贝尔物理学奖小知识

——截至2022年，诺贝尔物理学奖共颁发了116次，没有颁发的六年分别是1916、1931、1934、1940、1941和1942年。

——从1901年至2022年，共222人次获奖，实际获奖个人为221人，因为美国物理学家John Bardeen于1956年和1972年两次获奖。

——116次颁奖中，47次为单独获奖者，32次为2人共享，37次为3人共享。

——最年轻的获奖者是英国物理学家Lawrence Bragg，1915年因“用X射线对晶体结构的分析所作的贡献”与父亲一起获奖，时年25岁。

——最年长的获奖者是美国物理学家Arthur Ashkin，2018年因“在激光物理学领域所作出的开创性发明”获奖，时年96岁。

——221位诺贝尔物理学奖得主中，有4位女性。分别是1903年的居里夫人（居里夫人另外还获得1911年的化学奖）、1963年的Maria Goeppert-Mayer、2018年的Donna Strickland，以及2020年的Andrea Ghez。

——诺奖史上的“家庭”诺奖。

夫妇：Marie Curie和Pierre Curie夫妇获得1903年的诺贝尔物理学奖；

父子：William Bragg和Lawrence Bragg父子获得1915年的诺贝尔物理学奖；Niels Bohr获得1922年诺贝尔物理学奖，其子Aage N. Bohr获得1975年诺贝尔物理学奖；Manne Siegbahn获得1924年诺贝尔物理学奖，其子Kai M. Siegbahn获得1981年诺贝尔物理学奖；J. J. Thomson获得1906年诺贝尔物理学奖，其子George Paget Thomson获得1937年诺贝尔物理学奖。