诺贝尔物理学奖：“阿秒之母”问鼎，可惜一奖不能颁4人

文 ｜ 《中国科学报》记者 倪思洁 韩扬眉

Ferenc Krausz、Anne L’Huillier和Pierre Agostini（从左至右）。图片来源：ALEXANDRA BEIER；BERTIL ERICSON；MICHEL EULER

10月3日，2023 年诺贝尔物理学奖授予皮埃尔·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）、费伦茨·克劳斯（Ferenc Krausz）、安妮·吕利耶（Anne L’Huillier），表彰他们对于超快激光和阿秒物理科学的开创性工作。

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三位诺贝尔物理学奖得主，均为实验物理学家。他们分别来自美国俄亥俄州立大学、德国马克斯·普朗克量子光学研究所、瑞典隆德大学。其中，65岁的安妮·吕利耶是诺贝尔物理学奖迄今第5位女性得主，2004年成为瑞典皇家科学院院士，曾在2022年与费伦茨·克劳斯一同获得被誉为“诺奖风向标”的沃尔夫奖。

诺贝尔奖官网显示，1987年，安妮·吕利耶发现，当她将红外激光透过稀有气体时，会产生许多不同的光泛音，她继续探索这一现象，为随后的突破奠定了基础。2001年，皮埃尔-阿戈斯蒂尼成功地产生并研究了一系列连续的光脉冲，其中每个脉冲只持续250阿秒。与此同时，费伦茨·克劳斯正在进行另一种类型的实验，分离出了持续650阿秒的单个光脉冲。

阿秒激光是什么？

《中国科学报》：阿秒有多快？阿秒激光有什么用？

潘义明（上海科技大学助理教授）：阿秒是时间的单位，1阿秒等于10-18秒，阿秒之前有飞秒，飞秒是10-15秒。超快激光，指的是飞秒这一时间段，这一时间段很多的化学反应，可以实时记录，所以飞秒又叫分子摄影机，可以随时去看待化学反应的过程。

阿秒相对来说更厉害，它厉害之处在于它可以看到原子、原子核，阿秒科学其实是有一个非常重要的应用价值，它可以看到原子尺度内的很多的量子动力学现象，可以实时去探测。当然探测只是第一步，阿秒激光其实还没有真正成熟，我们如果能真正实现阿秒激光的话，就可以对它进行操控了，这个意义是非凡的。现在我们其实做出来的是阿秒脉冲，目前最短的阿秒脉冲应该是43阿秒。

“期待了很多年”

《中国科学报》：安妮·吕利耶是迄今第5位女性诺贝尔物理学奖得主，她和她在瑞典的团队曾以170阿秒的最小激光脉冲打破了世界纪录。她是位怎样的科学家？

刘一（上海理工大学光电信息与计算机工程学院教授）：安妮获得诺奖可谓实至名归，这也是大家期待了很多年的。在圈内，一直有说法说她是“阿秒之母”。听说，电话通知她得奖时，她还在给学生上课。

安妮·吕利耶是法国人，出生在巴黎，祖父也是位科学家。她在法国巴黎皮埃尔和玛丽居里大学与法国原子能研究所获得博士学位，之后在美国等地进行过博士后研究，后来因为她的丈夫在瑞典工作，她加入了瑞典隆德大学。我在法国工作时所在的法国科学院应用光学实验室和她当时所在的法国原子能研究所研究方向比较近，有很多合作。

从2014年到2019年，我们之间也一直有合作。她给我的感觉是沉静、智慧、平和。我记得，2014年冬天，我们去瑞典做实验，用他们团队的激光装置开展空气激光实验。第一次实验进行了两个星期，她每天都来实验室查看实验进展，和我们讨论各种问题。尽管她的研究方向并非空气激光，但她提出的问题常常很有深度也很重要。

比方说，我们做空气激光实验时，实验信号一直都不太稳定，我们早就习惯了这种现象。但她看到实验结果之后就问“为什么这个信号会这么不稳定，是否有其原因”。我突然意识到这是个很重要的问题，之后，我和我的法国同事对这个问题进行了探索并给出了解释。

《中国科学报》：费伦茨·克劳斯又是一位怎样的科学家？

张璟迪（香港科技大学物理学系助理教授）：费伦茨·克劳斯应该是三位得主中最年轻的一位。

我读博士时就知道他，起初我一度觉得他非常自负或者说自信。他在实验室网页上直接说自己是第一个测到时域空间飞秒激光波形的研究组。熟悉之后我发现，他是真的做得非常好。要知道，如果要测一个飞秒激光的波形，那一定要用更快的激光——阿秒激光来做。其实他就是告诉你，他是第一个用阿秒激光做出非常高精度光学测量的人。

香港大学物理系有一位教授是费伦茨·克劳斯的学生，去年开会我还问他“你老师什么时候得诺贝尔奖”，那位同事开玩笑地说“他每年都在等，估计快了”。

“可惜不能颁发给四位科学家”

《中国科学报》：去年，被誉为“诺奖风向标”的沃尔夫物理学奖，颁给了3位对超快阿秒激光相关的科学家，分别是费伦茨·克劳斯、安妮·吕利耶和加拿大渥太华大学教授保罗·科克姆（Paul Corkum）。此次，保罗·科克姆未能得奖，而皮埃尔·阿戈斯蒂尼获奖了，其中可能是什么原因？

仲冬平（俄亥俄州立大学物理系讲席教授）：皮埃尔·阿戈斯蒂尼是阿秒激光研究的先驱之一，从上世纪七八十年代就开始了有关强光原子电离及阿秒激光研究。他在法国退休之后被聘任为我们学校的教授，高个子，为人谦逊，待人非常友好。他平时话不多，但是讨论科学问题的时候，视角非常敏锐。

去年，沃尔夫物理学奖没颁有给他，我们都感到很震惊。我想可能是因为他退休之后不像以前那么活跃，不活跃就很容易被忘记。不过，在我们学校，我们都认为如果阿秒激光能获诺贝尔奖，他一定会是获奖者之一。

去年获沃尔夫物理学奖的保罗·科克姆也非常出色，他在阿秒激光电子动力学的实验和理论研究方面有很大的贡献。可惜诺贝尔奖不能同时颁发给四位科学家，否则保罗一定会得奖。

潘义明：保罗·科克姆没有拿到诺奖，我觉得很意外，实际上他应该是可以拿的。今年的诺贝尔物理学奖更偏向实验。据我所知，保罗·科克姆应该是做了非常多的工作，他提出了一个“三步模型”（three step model），在阿秒科学里被称为“标准模型”，这是我对他没有获得诺奖而感到特别惊讶的原因。

应用广泛，我国已有布局

《中国科学报》：目前我国在阿秒激光方面有哪些布局？

潘义明：目前我们国内阿秒光脉冲大概是70阿秒左右的量级。

其实，国内正在大规模地开展有关阿秒光源的基础设施建设，比如说中国科学院物理所在东莞松山湖成立的阿秒科学中心，北京怀柔综合极端条件实验平台的百阿秒装置，还有西安光机所阿秒科学与技术研究中心，早几年前我们国家正在布局这一方向。

从某种意义上来说，阿秒是一个阶段性的科学成果，如果真的在阿秒波段很好的控制光，或者说能够看到很多物理过程，那么剩下要做的是要把原子核打开来。事实上，调控原子核不是一件容易的事情。当然我们已经有很多方法来打开原子核。

现在在原子层次上调控它，似乎有一些工作慢慢出来了，这个是阿秒科学的作用。阿秒科学其实与量子密切相关，通过阿秒光学的方法产生量子是非常经典的思路，很多国家也在做很多类似基站的建设，而且会有越来越多的相关的企业或者课题组慢慢地从事这个方向，这是一个特别好的现象。

《中国科学报》：阿秒激光未来的应用前景如何？

潘义明：除了在科研上的应用，在工业上有很多的应用，第一，阿秒实际上是定义了时间的尺度，可以看到很多的物理过程。例如，当研究超导现象时，由于超导现象的特性，我们不能直接观察到电子成对的现象，但可以通过阿秒光来打破-重建并记录这个过程。然后，通过泵浦探测技术（pump-probe technique），我们可以实时地探测这种现象。这是由于时间尺度非常短，因此可以对其进行记录。

第二，我们现在可以通过类似的过程看到一个原子尺度内的动力学过程，因为比如说做两个阿秒脉冲，第一个打上去，第二个去探测它。如果我的脉冲非常的长，那么我其实没办法看到它，因为它是一个时间平均的效果，但是如果我的脉冲特别短，我就可以做这个事情，阿秒脉冲就可以做到。

第三，它可以嫁接到非常多的方向上，我们行业开玩笑“everything can be ultrafast”（一切皆可超快！）。比如，我们做拓扑和量子材料的能带测量的这种ARPES光电子能谱（角分辨光电子能谱），包括光刻机，刚好也在这个波段，因为阿秒几乎是到X射线波段，或者说到软X射线到声域微波段，那么光刻的部分也可以用阿秒来做；还有关于量子隧穿时间的定义，可以通过阿秒来记录时间。

另外一个就是阿秒激光器，全世界仅有几台，但是它其实是从飞秒激光器发展而来的，它的内核先产生飞秒，再用飞秒打出阿秒这样的思路。