瑞典皇家科學院決定將2023年諾貝爾物理學獎聯合授予Pierre Agostini、Ferenc Krausz和Anne L』Huillier，「以表彰他們創造了產生阿秒光脈衝的實驗方法用來研究原子、分子和物質中的電子動力學」。
當維爾納·海森堡（Werner Heisenberg）在1925年提出新的量子力學（矩陣形式）時，他的主要論點是，舊量子力學理論迫使物理學家使用原則上不可觀測的量，例如氫原子中電子位置和公轉周期。
海森堡認為，一個新的理論應該基於「可觀察性」，比如量子躍遷的頻率。海森堡1925年發表的《關於運動學和動力學的量子力學解釋》是20世紀物理學中最重要的論文之一，但他無法預料的是，曾經「原則上」不可觀測的東西現在卻在實驗室里變得觸手可及。
嚴格意義上，我們可能還無法觀察到電子在原子核周圍的位置和公轉周期，但今天，我們可以在實驗中「看到」原子、分子和凝聚相中物質中電子的動力學。這是怎麼做到的？
基於對本徵原子時間單位（約24阿秒）和單周期光脈衝的時間尺度（約1飛秒）的比較，一些簡單論點表明，我們永遠不可能實時探測電子動力學。
事實上，在相當長的一段時間內，雷射實驗室產生的最短脈衝約為6飛秒。短光脈衝的實驗發展與雷射技術的技術發展密切相關，如模式鎖定和光脈衝持續時間測量。
這使得探索原子在分子中的運動狀態成為可能，特別是使研究化學反應中難以捉摸的過渡態成為可能，Ahmed Zewail因此於1999年獲得諾貝爾化學獎。自大約1600年以來，我們測量最短時間間隔的可能性（約1秒）的所有發展都是基於該技術的進步。
但是，打破1飛秒的障礙需要基礎物理學範式的轉變。20世紀80年代，幾個研究小組產生並研究了高電荷的原子離子，或者沒有或只有幾個電子的原子。研究人員採用了不同的方法，例如使用先進的離子源和高功率雷射器。
他們展示了多光子電離過程如何產生多重帶電離子。一個顯而易見的問題是「在這些多光子電離過程中產生的光子，它們的波長是多少？」
多重帶電離子很容易被探測到，而光譜分辨光子更加困難。在法國巴黎薩克雷的一個研究中心第一次使用了紅外雷射（1064納米）進行實驗，並給出了非常令人驚訝的結果。
當稀有氣體受到強度為1013 W/cm2的紅外雷射輻照時，產生了許多高次諧波（HHG），對應於頻率為雷射基頻數倍的相干輻射發射。令人驚訝的是，奇次諧波的發射強度首先急劇下降，然後在5次諧波到大約33次諧波之間基本上是恆定的，然後再次下降。
原子物理學中最初的多光子過程領域相當狹窄，但現在已經擴展到分子物理學、物理化學、凝聚態物理學和光生成技術等應用領域的許多前沿。
Garching的Krausz小組已經邁出了生物應用的第一步。通過結合寬頻光學、超快雷射源和精確飛秒-阿秒場分辨技術，Krausz小組開發了電場分子指紋技術，可以檢測生物流體分子組成的變化。這有望成為一種新的體外診斷分析技術，用於檢測血液樣本中疾病痕跡的特徵分子。
它最大的優點是可以同時監測許多分子，並且輻射是非電離的，因此無害。在進一步擴展阿秒科學基礎的過程中，其他小組也開展了重要工作。
Rocio Borrego Varillas、Matteo Lucchini和Mauro Nisoli最近發表了一篇全面的綜述文章，描述了獲獎者的研究對他們工作的促進作用：在利用強大的雷射效應將探測時間範圍放到阿秒尺度時，他們可以看到電子在原子、分子和物質的凝聚相中的移動過程。今年的諾貝爾物理學獎打開了海森堡無法想像的窗口，可以探索以前無法觀察到的現象。
支持：Ren、張智
文章來源: https://twgreatdaily.com/zh/4338e92534a193b9db6baa26e4398752.html