2023年诺贝尔物理学奖揭晓

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。

图1 2023年诺贝尔物理学奖。图片来自：Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院

光的实验捕捉到最短的瞬间

三位2023年诺贝尔物理学奖得主因他们的实验而获得认可，这些实验为人类探索原子和分子内的电子世界提供了新的工具。Pierre Agostini， Ferenc Krausz和Anne L Huillier展示了一种制造极短光脉冲的方法，这种光脉冲可以用来测量电子移动或能量变化的快速过程。

当人们感知到快速移动的事件时，它们会相互流动，就像由静止图像组成的电影被认为是连续的运动一样。如果我们想调查非常短暂的事件，需要特殊的技术。在电子的世界里，变化发生在十分之一阿秒内—— 一阿秒是如此之短，以至于一秒钟内包含多少阿秒，几乎相当于宇宙诞生以来有多少秒。

图2 电子运动。1阿秒等于10-18秒。图片来自：Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院

3位获奖者的实验产生的光脉冲非常短，可以用阿秒来测量，从而证明这些脉冲可以用来提供原子和分子内部过程的图像。

1987年，Anne L Huillier发现，当她将红外激光穿过惰性气体时，会产生许多不同的光的泛音。每个泛音都是一个光波，在激光中每个周期都有给定的周期数。它们是由激光与气体中的原子相互作用引起的：它给一些电子额外的能量，然后以光的形式发射出去。Anne L Huillier继续探索这一现象，为随后的突破奠定了基础。

图3 泛音。泛音在基本音中的每个周期都有多个周期。泛音在光波中的作用也是一样的。

2001年，Pierre Agostini成功地制造并研究了一系列连续的光脉冲，每个脉冲仅持续250阿秒。与此同时，Ferenc Krausz正在进行另一种类型的实验，这种实验可以分离出持续650阿秒的单一光脉冲。

图4 用最短光脉冲探索电子世界的实验装置示意图。

3位诺贝尔奖得主的贡献使人们能够研究过去无法追踪的快速过程。

“我们现在可以打开通往电子世界的大门。阿秒物理学使我们有机会了解由电子控制的机制。下一步将是利用它们。”诺贝尔物理学委员会主席Eva Olsson说。

这一技术在许多不同的领域都有潜在的应用。例如，在电子学中，理解和控制电子在材料中的行为是很重要的。阿秒脉冲也可以用来识别不同的分子，比如在医学诊断中。

获奖者简介：

Pierre Agostini，1968年从法国艾克斯-马赛大学获得博士学位。现任美国哥伦布俄亥俄州立大学教授。

Ferenc Krausz，1962年生于匈牙利。1991年从奥地利维也纳理工大学获得博士学位。现任德国马克斯普朗克量子光学研究所所长，德国路德维希—马克西米利安—慕尼黑大学教授。

Anne L’Huillier，1958年生于法国巴黎。1986年从法国巴黎皮埃尔和玛丽居里大学获得博士学位。现任瑞典隆德大学教授。

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 ”。

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2021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。