2023 年諾貝爾物理學獎揭曉，三位科學家因阿秒光脈衝獲獎

本站10月3日消息，2023年諾貝爾物理學獎宣布授予皮埃爾・阿戈斯蒂尼、費倫茨・克勞斯和安妮・盧利爾，以表彰他們在研究物質中的電子動力學方面產生阿秒光脈衝的實驗方法

官方表示，“他們的貢獻使人們能夠研究以前無法跟踪的極短過程”，而1100 萬瑞典克朗（本站註：約730 萬元）的獎金將由三位得獎者平分。

瑞典皇家科學院表示，三位物理學家“展示了一種製造極短光脈衝的方法，可用於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部的電子世界提供了新的途徑」。

由於人們對世界觀察的時間尺度達到了阿秒（as，即10^-18 s）量級，人們可觀察到的空間分辨也能夠達到原子尺度（0.1 nm）和亞原子尺度（例如括分子鍵的斷裂與重組）。

在這個時間和空間尺度範圍內，人們對生物、化學和物理的研究邊界也變得越來越模糊，因為這些微觀現象的根源在於電子的運動

因此，阿秒光脈衝應運而生。阿秒脈衝雷射的出現被認為是雷射科學史上最重要的里程碑之一，應用前景難以估量，目前已成為物理、化學、生物等眾多領域重要的研究手段。

通常我們根據雷射的發光持續時間將其分為連續雷射和脈衝雷射。脈衝雷射以一系列間隔的小時間段內發射光脈衝的方式工作，其峰值功率非常高

隨著雷射技術的不斷發展，雷射的脈衝寬度也在不斷縮小。 2001 年，費倫茨・克勞斯研究組在實驗上成功地利用氣體高次諧波產生了脈寬為650 as 的單一光脈衝，使光脈衝寬度首次達到阿秒量級，再後來其寬度不斷突破，例如我國西安光機所在2021 年就獲得了75 as 的阿秒光脈衝產生與測量結果。

說到這裡大家應該就已經理解了一半，阿秒光脈衝就是一種發光持續時間極短的光脈衝，其脈衝寬度小於1 fs（飛秒，即10^-15 s）。

目前值得一提的是，阿秒脈衝雷射主要是透過飛秒雷射（也稱為超快超強雷射）作用於惰性氣體而產生的高次諧波來實現的

阿秒光脈衝的出現使人們能夠結合阿秒量級的超高時間分辨率和原子尺度的超高空間分辨率，實現對原子-亞原子微觀世界中的極端超快過程的控制和了解的夢想。

鑑於其巨大的潛在應用價值，美國、歐洲、日本等將阿秒雷射技術列為未來 10 年雷射科學發展最重要的發展方向之一。

在阿秒光脈衝出現之前，產生超短脈衝雷射的理論基礎一直是愛因斯坦的能階躍遷受激輻射。根據受激輻射理論，處於束縛能階的電子只能在原子核附近運動，所儲存的能量有限。一般上下兩能階躍遷所發射光子對應的波長都處在可見光附近，可見光一個光學週期一般都在 1 fs 以上，顯然難以用來進一步產生更短的阿秒光脈衝。

目前，人們多將阿秒光脈衝應用於研究原子和分子中的超快電子動力學，關於原子的物理現象主要是原子內電子電離、多電子俄歇衰變、電子激發弛豫和成像等，而關於分子的研究主要是分子的解離過程和控制、分子的振動和轉動與超快電子運動的耦合等。

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