IT之家 10 月 3 日消息，2023 年諾貝爾物理學(xué)獎宣布授予皮埃爾?阿戈斯蒂尼 (Pierre Agostini)、費(fèi)倫茨?克勞斯 (Ferenc Krausz) 和安妮?盧利爾 (Anne L'Huillier)，以表彰他們“為研究物質(zhì)中的電子動力學(xué)而產(chǎn)生阿秒光脈沖的實(shí)驗(yàn)方法”。
官方表示，“他們的貢獻(xiàn)使人們能夠研究以前無法跟蹤的極短過程”，而 1100 萬瑞典克朗（IT之家注：約合 730 萬元人民幣）的獎金將由三位獲獎?wù)咂椒帧?/p>
瑞典皇家科學(xué)院表示，三位物理學(xué)家“展示了一種制造極短光脈沖的方法，可用于測量電子移動或能量變化的快速過程”，這“為人類探索原子和分子內(nèi)部的電子世界提供了新的途徑”。
由于人們對世界觀察的時(shí)間尺度達(dá)到了阿秒（as，即 10-18 s）量級，人們可觀察的空間分辨也能夠達(dá)到原子尺度（0.1 nm）和亞原子尺度（例如括分子鍵的斷裂與重組）。
在這樣的時(shí)間和空間尺度范圍內(nèi)，人們對生物、化學(xué)和物理的研究邊界也變得不斷模糊，因?yàn)檫@些微觀現(xiàn)象的根源在于電子的運(yùn)動。
因此，阿秒光脈沖應(yīng)運(yùn)而生。阿秒脈沖激光的出現(xiàn)被認(rèn)為是激光科學(xué)歷史上最重要的里程碑之一，應(yīng)用前景難以估量，目前已經(jīng)成為物理、化學(xué)、生物等眾多領(lǐng)域重要的研究手段。
簡單來說，我們一般根據(jù)發(fā)光持續(xù)時(shí)間的長短將激光分為連續(xù)激光和脈沖激光，其中脈沖激光工作方式是在一個(gè)個(gè)間隔的小時(shí)間段內(nèi)發(fā)射光脈沖，其峰值功率很高。
隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，激光的脈沖寬度也在不斷縮小。2001 年，費(fèi)倫茨?克勞斯研究組在實(shí)驗(yàn)上成功地利用氣體高次諧波產(chǎn)生了脈寬為 650 as 的單個(gè)光脈沖，使光脈沖寬度首次達(dá)到阿秒量級，再后來其寬度不斷突破，例如我國西安光機(jī)所在 2021 年就獲得了 75 as 的阿秒光脈沖產(chǎn)生與測量結(jié)果。
說到這里大家應(yīng)該就已經(jīng)理解了一半，阿秒光脈沖就是一種發(fā)光持續(xù)時(shí)間極短的光脈沖，其脈沖寬度小于 1 fs（飛秒，即 10-15 s）。
值得一提的是，目前阿秒脈沖激光主要也是由飛秒激光（也稱超快超強(qiáng)激光）作用于惰性氣體而產(chǎn)生的高次諧波所形成的。
阿秒光脈沖的出現(xiàn)使人們能夠結(jié)合阿秒量級的超高時(shí)間分辨率和原子尺度的超高空間分辨率，實(shí)現(xiàn)對原子-亞原子微觀世界中的極端超快過程的控制和了解的夢想。
鑒于其巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值，美國、歐洲、日本等將阿秒激光技術(shù)列為未來 10 年激光科學(xué)發(fā)展最重要的發(fā)展方向之一。
在阿秒光脈沖出現(xiàn)之前， 產(chǎn)生超短脈沖激光的理論基礎(chǔ)一直是愛因斯坦的能級躍遷受激輻射。根據(jù)受激輻射理論，處于束縛能級上的電子只能在原子核附近運(yùn)動，所儲存的能量有限。一般上下兩能級躍遷所發(fā)射光子對應(yīng)的波長都處在可見光附近，可見光一個(gè)光學(xué)周期一般 都在 1 fs 以上，顯然難以用來進(jìn)一步產(chǎn)生更短的阿秒光脈沖。
目前，人們多將阿秒光脈沖應(yīng)用于研究原子和分子中的超快電子動力學(xué)，關(guān)于原子的物理現(xiàn)象主要是原子內(nèi)電子電離、多電子俄歇衰變、電子激發(fā)弛豫和成像等，而關(guān)于分子的研究主要是分子的解離過程和控制、分子的振動和轉(zhuǎn)動與超快電子運(yùn)動的耦合等。
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