在北京时间10月3日17时50分许的时候，于瑞典首都斯德哥尔摩，瑞典皇家科学院进行宣布，把2023年诺贝尔物理学奖授予美国俄亥俄州立大学名誉教授皮埃尔·阿戈斯蒂尼（）、匈牙利 - 奥地利物理学家费伦茨·克劳斯（）以及瑞典隆德大学教授安妮·吕利耶（Anne L’），最终目的是表彰他们把产生阿秒光脉冲的实验方法运用到研究物质中电子动力学这件事上。
今年，诺贝尔奖的奖金数额出现了提高，增加的幅度为100万瑞典克朗，这个金额按照汇率大致折合65万元人民币，奖金总额由此达到1100万瑞典克朗，折合人民币约715万元，有三位科学家会共同分享这1100万瑞典克朗。
获奖人员简介
皮埃尔·阿戈斯蒂尼（ ）
皮埃尔·阿戈斯蒂尼，他身为法裔美国实验物理学家，凭借发明了用于表征阿秒光脉冲的技术而声名远扬，此技术乃是通过双光子跃迁干涉重建阿秒跳动。
安妮·吕利耶（Anne L’）
一，安妮·吕利耶于1958年在巴黎出生。二，安妮·吕利耶如今是隆德大学原子物理学教授。三，安妮·吕利耶具备法国萨克莱核研究中心颁发认可的，实验物理学博士学位。四，安妮·吕利耶自1986年起，在萨克莱核研究中心正式开启工作。五，2021年；安妮•吕利耶凭借，在超快激光科学和阿秒物理方面开创性工作；具体为实现和理解高谐波产生；并且将其应用于原子和分子中电子运动的时间分辨成像；而荣获美国光学学会马克斯·伯恩奖。2022年，她有这样的情况，除了获取了沃尔夫物理奖之外，还被给予了BBVA基金会基础科学知识前沿奖。
费伦茨·克劳斯（ ）
如下改写：费伦茨·克劳斯是匈牙利 -奥地利物理学家，他于1962年出生在匈牙利 ，现今在维也纳技术大学、马克斯普朗克量子光学研究所、以及路德维希马克西米利安大学等机构任职。2001年的时候 ，他所在的研究团队产生并测量了首个阿秒光脉冲 ，还利用它去捕捉原子内部电子的运动 ，这一行为标志着阿秒物理的诞生。费伦茨·克劳斯及其团队通过对飞秒脉冲波形进行控制 ，进而产生了可重复的阿秒脉冲 ，借此建立起阿秒测量技术 ，这是当今实验阿秒物理的技术基础。
什么是阿秒？
今年的获奖者们，在实验里头，创造了那般足够短的闪光，凭借此闪光能够拍摄极快的电子运动的快照。安妮·吕利耶，发现了激光跟气体里原子相互作用的新效应。皮埃尔·阿戈斯蒂尼以及费伦茨·克劳斯，证明了这种效应是能够用来产生比以往更短的光脉冲的。
一只身形极小的蜂鸟，每秒能够进行80次翅膀拍打动作，可是从我们的视角看去，仅止于感受到嗡嗡作响之声以及模糊不清的翅膀挥动情形。就人类的感官而言，速度较快的运动会上演模糊化，而那些极为短暂的事件是没办法进行观测的，我们得借助专门的技术去捕获或者描绘这些极为短暂的瞬间。通过运用高速摄影以及闪光灯贝语网校，我们做到了捕捉到那些瞬间即逝现象的具体外观模样。要是想拍摄出处于飞行状态蜂鸟的高清照片，那就需要曝光时间比蜂鸟单次振翅的时间还要短许多。如果要捕捉到越快的事件，需要的拍摄速度也越快。
同样的那原理，适用于所有，用于测量，或描述，快速运动过程的方法，任何测量，都必须比目标系统，发生明显变化的时间更快物理学家费纸，不然的话，就只能得到模糊的结果。今年诺贝尔物理学奖的获奖者，在实验里，展示了一种产生光脉冲的方法，这种脉冲足够短，短到足以捕获原子和分子内部过程的图像。
原子的自然时间尺度十分短，在分子里，原子能够于千万亿分之一秒（飞秒）内进行移动以及旋转，这些运动能够借助激光产生的极短脉冲予以研究，然而当整个原子运动之际，时间尺度是由它们大且重的原子核所决定的，跟轻而灵活的电子相比较，原子核的速度极为缓慢，当电子在原子或者分子内部移动时，它们的移动速度非常之快，以至在飞秒尺度下都没办法清晰描述了，在电子世界中，位置和能量以一到几百阿秒的速度发生变化，而阿秒是10^-18秒。一阿秒的时长极为短暂，一秒钟当中所含有的阿秒数量，跟自138亿年前宇宙诞生开始一直到现在所历经的秒数是一样的。拿一个在我们生活里距离更近的情况作例子，我们能够去设想，有一束光从房间的一端朝着对面的墙壁进行发射，而这一过程是需要100亿阿秒的。
长时间以来，飞秒都被视作能够产生闪光的界限，只是改善现有的技术并不足以瞧见电子在极为短暂的时间范围内运动的情形，科学家需要某些全新的事物，而今年的获奖者开创可突破阿秒物理学的全新范畴。
什么是阿秒脉冲激光？
激光通常依据发光持续时间的长短，被划分成连续激光与脉冲激光，连续激光能于长时段内产生激光，不过输出的功率比较低，脉冲激光的工作方式是在一个个间隔开来的小时间段里发射光脉冲，它的峰值功率相当高，自20世纪激光诞生起始直至其后的80年代，脉冲激光的单个脉冲时间能够达到皮秒量级，伴随激光技术持续发展，激光的脉冲宽度也在持续缩小。
不同运动过程的时间尺度
如何把脉冲光压缩至阿秒量级呢，在傅里叶变换里，时域中的一个脉冲越窄，那它在频域空间的带宽就越大，也就是说，要是我们能够产生足够大带宽、相位锁定的相干光，它自然而然的便是超短脉冲了，依据能量和时间的不确定关系，当连续谱频率宽度达到4eV以上时，我们便能够获得阿秒脉冲了，恰好，高次谐波产生就能提供这样一个宽频带的相干光源。
当前，阿秒脉冲激光主要是借助飞秒（10 的负 15 次方秒）激光（也称作超快超强激光）作用于惰性气体进而产生的高次谐波而形成的 ，高次谐波产生（high ，HHG）属于一种极端的非线性效应 ，当强场激光聚焦到气体介质上时 ，会出现非线性效应 ，并且能够得到上百阶的高能谐波光子 ，它作为一种相干的宽谱高能光源 ，能够用以产生阿秒脉冲（10 的负 18 次方秒）。
在飞秒脉冲和惰性稀有气体相互作用时，会产生高次谐波HHG的过程，该飞秒脉冲的瞬时功率(peak )高达10^14 W/cm^2。
要想更为直观地去理解气体高次谐波产生的那种物理机制，于是引入了半经典三步模型。半经典三步模型，第一步呢，是隧穿电离，强激光场致使气体原子的库伦势出现倾斜，电子借助隧道电离的方式摆脱原子核的束缚，进而进入连续态。第二步是强场加速，那些进入连续态的电子，在外加激光电场力的推动下加速运动，持续进行加速运动，以此积累一定的动能。第三步是复合发光，加速运动的电子在某些时刻会以一定概率再度回到电离的原子核附近，与原子核发生复合，在这个复合过程中，电子会把其在激光电场中运动累积的动能释放出来，也就是将动能转化为高次谐波光子的能量。
利用高次谐波产生阿秒脉冲激光过程
在激光场里，电子于不同时刻电离，在光场中飞行时所获能量不一样，最终复合时释放的能量也不一样，所以产生覆盖较宽地区的光谱，从而形成一个极紫外脉冲，当该脉冲存在时，三步流程会伴随飞秒驱动激光每过半个周期发生一回，进而形成一个具备等时间间距的极紫外脉冲序列，且在频域发生干涉，以此形式而形成梳齿状的分立HHG光谱。
按照谐波级次强弱变化予以分类，其频谱能够分成3个部分，其一为微扰区，在这个区内，高次谐波的级次是比较低的，并且谐波效率会由于级次的提升而迅速下降；其二是平台区物理学家费纸，它处于谐波光谱的中部位置，各级次强度之间的差别不大；其三是截止区，此区域内的谐波级次相对较高，效率同样会随着级次的提升而下降，还有可能呈现出没有干涉的连续光谱。
HHG在驱动飞秒激光（有时也叫做基频光）之时，每半个光周期就会产生一回，辐射出的极紫外脉冲宽度比半个光周期要小，达到亚飞秒也就是阿秒量级。在频域里呈梳齿状的HHG谱，在时域上对应着一个阿秒脉冲序列，或者称作阿秒脉冲串。借助飞秒脉冲当作驱动源，并且采用相应的选通（）办法，就能够从HHG的阿秒脉冲序列当中选出一个脉冲，称作孤立阿秒脉冲；它跟驱动脉冲重复频率一样，而且精确同步。
阿秒激光的发展现状
阿秒脉冲激光出现了，这一情况被认定为是激光科学历史范畴内最为关键的里程碑当中的一个事项。
先是在20世纪60年代的时候，第一道激光诞生了。后来呢，随着技术逐渐地不断在发展，激光的脉冲宽度也持续在不断缩小。到了1981年的时候，科学家通过运用锁模技术，把脉冲激光的脉冲宽度变小到了＜100fs。在2001年的时候，有一个研究小组，它是由本次诺奖获得者之一费伦茨·克劳兹教授来领导的，当时克劳兹教授在奥地利维也纳技术大学，这个研究小组首次在实验当中得到了脉宽650阿秒的激光；到了2006年，有来自美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的科学家，他们利用级联自由电子激光器产生出飞秒激光脉冲，靠这个去激发惰性气体，进而产生了脉宽为100阿秒的超短激光脉冲；在2012年，美国中佛罗里达大学的研究团队成功地把飞秒激光脉冲用来激发氖气，以此形成高次谐波，最终获得了67阿秒的超短激光脉冲；到2017年，瑞士苏黎世联邦理工学院的科学家们又再次把脉冲时间给缩短了，缩短到了43阿秒……
需要留意的是，在2013年的时候，我国中科院物理所的研究小组，运用3.8飞秒的驱动脉冲，获取到了160阿秒的孤立脉冲，这成为我国阿秒脉冲的仅有的实验结果。
打开新视野，应用潜力无限
阿秒光脉冲技术出现了，它为多领域科学研究提供了全新的视角，在X射线领域，它帮助人类取得了重大的新突破，在自由电子激光领域，它对人类帮助极大，也实现了重大的新突破，此外，在可控高温超导等诸多领域，它同样助力人类达成了重大的新突破。
在化学反应里，能依靠阿秒脉冲对电子予以跟踪，进而了解此外还能操控反应的进程；针对光电池以及纳米结构当中的电子，能够进行仔细观察，以此寻觅更具高效性的太阳能电池以及更为结实的纳米纤维；对于超导体里的电子对，凭借阿秒激光进行度量，从而找寻到揭开超导秘密的那把钥匙。
以电子振荡技术作为例子，在2013年的时候，德国马普光学研究所的阿秒物理实验室发现，超高峰值功率的超短激光脉冲能够改变绝缘材料的电特性，在绝缘体当中引发超快振荡的电场以及电流，电场与电流的振荡跟入射激光的“开”和“关”直接存在关联，进而表明绝缘体导电性的转换是在阿秒级时间之内完成的。换句话说，该实验证实，材料的基本导电特性能够依据光场的振荡速度来进行增加或者减小。
要是人类能够具备一把阿秒激光“镊子”，这样子的话，在量子计算机里储存以及操作电子与光子，就有可能让梦想变成现实，与它类似的一把“镊子”，还能够用来剖析DNA和蛋白质的结构跟行为，又或者是将药物放置到生病的细胞当中，如此一来，癌症以及其他疑难杂症，就有被治愈进而成为可能的情况……换句话讲，阿秒光会逐步延伸至阿秒物理学、阿秒化学、阿秒电子学等等。
如今，阿秒光脉冲技术，在物理、化学、生物等多学科里，已然成为重要的研究手段。鉴于其拥有巨大的潜在应用价值，美国、欧洲、日本等国家，已把阿秒激光技术列为未来10年激光科学发展最重要的那些发展方向里边的其中之一。
整理/记者 刘大珩 王雪莹
来源于，“环球科学”公众号，“中科院物理所”公众号，“焊接之家“公众号，澎湃新闻，返朴等。