多學者熱評Nobel物理學獎為啥是3人而不是4人？

Ferenc Krausz、Anne L’Huillier和Pierre Agostini（從左至右）。圖片來源：ALEXANDRA BEIER；BERTIL ERICSON；MICHEL EULER

10月3日，2023 年諾貝爾物理學獎授予皮埃爾·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）、費倫茨·克勞斯（Ferenc Krausz）、安妮·呂利耶（Anne L’Huillier），表彰他們對于超快激光和阿秒物理科學的開創性工作。

三位諾貝爾物理學獎得主，均為實驗物理學家。他們分別來自美國俄亥俄州立大學、德國馬克斯·普朗克量子光學研究所、瑞典隆德大學。其中，65歲的安妮·呂利耶是諾貝爾物理學獎迄今第5位女性得主，2004年成為瑞典皇家科學院院士，曾在2022年與費倫茨·克勞斯一同獲得被譽為“諾獎風向標”的沃爾夫獎。

諾貝爾獎官網顯示，1987年，安妮·呂利耶發現，當她將紅外激光透過稀有氣體時，會產生許多不同的光泛音，她繼續探索這一現象，為隨后的突破奠定了基礎。2001年，皮埃爾-阿戈斯蒂尼成功地產生并研究了一系列連續的光脈沖，其中每個脈沖只持續250阿秒。與此同時，費倫茨·克勞斯正在進行另一種類型的實驗，分離出了持續650阿秒的單個光脈沖。

阿秒激光是什么？

《中國科學報》：阿秒有多快？阿秒激光有什么用？

潘義明（上海科技大學助理教授）：阿秒是時間的單位，1阿秒等于10-18秒，阿秒之前有飛秒，飛秒是10-15秒。超快激光，指的是飛秒這一時間段，這一時間段很多的化學反應，可以實時記錄，所以飛秒又叫分子攝影機，可以隨時去看待化學反應的過程。

阿秒相對來說更厲害，它厲害之處在于它可以看到原子、原子核，阿秒科學其實是有一個非常重要的應用價值，它可以看到原子尺度內的很多的量子動力學現象，可以實時去探測。當然探測只是第一步，阿秒激光其實還沒有真正成熟，我們如果能真正實現阿秒激光的話，就可以對它進行操控了，這個意義是非凡的。現在我們其實做出來的是阿秒脈沖，目前最短的阿秒脈沖應該是43阿秒。

“期待了很多年”

《中國科學報》：安妮·呂利耶是迄今第5位女性諾貝爾物理學獎得主，她和她在瑞典的團隊曾以170阿秒的最小激光脈沖打破了世界紀錄。她是位怎樣的科學家？

劉一（上海理工大學光電信息與計算機工程學院教授）：安妮獲得諾獎可謂實至名歸，這也是大家期待了很多年的。在圈內，一直有說法說她是“阿秒之母”。聽說，電話通知她得獎時，她還在給學生上課。

安妮·呂利耶是法國人，出生在巴黎，祖父也是位科學家。她在法國巴黎皮埃爾和瑪麗居里大學與法國原子能研究所獲得博士學位，之后在美國等地進行過博士后研究，后來因為她的丈夫在瑞典工作，她加入了瑞典隆德大學。我在法國工作時所在的法國科學院應用光學實驗室和她當時所在的法國原子能研究所研究方向比較近，有很多合作。

從2014年到2019年，我們之間也一直有合作。她給我的感覺是沉靜、智慧、平和。我記得，2014年冬天，我們去瑞典做實驗，用他們團隊的激光裝置開展空氣激光實驗。第一次實驗進行了兩個星期，她每天都來實驗室查看實驗進展，和我們討論各種問題。盡管她的研究方向并非空氣激光，但她提出的問題常常很有深度也很重要。

比方說，我們做空氣激光實驗時，實驗信號一直都不太穩定，我們早就習慣了這種現象。但她看到實驗結果之后就問“為什么這個信號會這么不穩定，是否有其原因”。我突然意識到這是個很重要的問題，之后，我和我的法國同事對這個問題進行了探索并給出了解釋。

《中國科學報》：費倫茨·克勞斯又是一位怎樣的科學家？

張璟迪（香港科技大學物理學系助理教授）：費倫茨·克勞斯應該是三位得主中最年輕的一位。

我讀博士時就知道他，起初我一度覺得他非常自負或者說自信。他在實驗室網頁上直接說自己是第一個測到時域空間飛秒激光波形的研究組。熟悉之后我發現，他是真的做得非常好。要知道，如果要測一個飛秒激光的波形，那一定要用更快的激光——阿秒激光來做。其實他就是告訴你，他是第一個用阿秒激光做出非常高精度光學測量的人。

香港大學物理系有一位教授是費倫茨·克勞斯的學生，去年開會我還問他“你老師什么時候得諾貝爾獎”，那位同事開玩笑地說“他每年都在等，估計快了”。

“可惜不能頒發給四位科學家”

《中國科學報》：去年，被譽為“諾獎風向標”的沃爾夫物理學獎，頒給了3位對超快阿秒激光相關的科學家，分別是費倫茨·克勞斯、安妮·呂利耶和加拿大渥太華大學教授保羅·科克姆（Paul Corkum）。此次，保羅·科克姆未能得獎，而皮埃爾·阿戈斯蒂尼獲獎了，其中可能是什么原因？

仲冬平（俄亥俄州立大學物理系講席教授）：皮埃爾·阿戈斯蒂尼是阿秒激光研究的先驅之一，從上世紀七八十年代就開始了有關強光原子電離及阿秒激光研究。他在法國退休之后被聘任為我們學校的教授，高個子，為人謙遜，待人非常友好。他平時話不多，但是討論科學問題的時候，視角非常敏銳。

去年，沃爾夫物理學獎沒頒有給他，我們都感到很震驚。我想可能是因為他退休之后不像以前那么活躍，不活躍就很容易被忘記。不過，在我們學校，我們都認為如果阿秒激光能獲諾貝爾獎，他一定會是獲獎者之一。

去年獲沃爾夫物理學獎的保羅·科克姆也非常出色，他在阿秒激光電子動力學的實驗和理論研究方面有很大的貢獻。可惜諾貝爾獎不能同時頒發給四位科學家，否則保羅一定會得獎。

潘義明：保羅·科克姆沒有拿到諾獎，我覺得很意外，實際上他應該是可以拿的。今年的諾貝爾物理學獎更偏向實驗。據我所知，保羅·科克姆應該是做了非常多的工作，他提出了一個“三步模型”（three step model），在阿秒科學里被稱為“標準模型”，這是我對他沒有獲得諾獎而感到特別驚訝的原因。

應用廣泛，我國已有布局

《中國科學報》：目前我國在阿秒激光方面有哪些布局？

潘義明：目前我們國內阿秒光脈沖大概是70阿秒左右的量級。

其實，國內正在大規模地開展有關阿秒光源的基礎設施建設，比如說中國科學院物理所在東莞松山湖成立的阿秒科學中心，北京懷柔綜合極端條件實驗平臺的百阿秒裝置，還有西安光機所阿秒科學與技術研究中心，早幾年前我們國家正在布局這一方向。

從某種意義上來說，阿秒是一個階段性的科學成果，如果真的在阿秒波段很好的控制光，或者說能夠看到很多物理過程，那么剩下要做的是要把原子核打開來。事實上，調控原子核不是一件容易的事情。當然我們已經有很多方法來打開原子核。

現在在原子層次上調控它，似乎有一些工作慢慢出來了，這個是阿秒科學的作用。阿秒科學其實與量子密切相關，通過阿秒光學的方法產生量子是非常經典的思路，很多國家也在做很多類似基站的建設，而且會有越來越多的相關的企業或者課題組慢慢地從事這個方向，這是一個特別好的現象。

《中國科學報》：阿秒激光未來的應用前景如何？

潘義明：除了在科研上的應用，在工業上有很多的應用，第一，阿秒實際上是定義了時間的尺度，可以看到很多的物理過程。例如，當研究超導現象時，由于超導現象的特性，我們不能直接觀察到電子成對的現象，但可以通過阿秒光來打破-重建并記錄這個過程。然后，通過泵浦探測技術（pump-probe technique），我們可以實時地探測這種現象。這是由于時間尺度非常短，因此可以對其進行記錄。

第二，我們現在可以通過類似的過程看到一個原子尺度內的動力學過程，因為比如說做兩個阿秒脈沖，第一個打上去，第二個去探測它。如果我的脈沖非常的長，那么我其實沒辦法看到它，因為它是一個時間平均的效果，但是如果我的脈沖特別短，我就可以做這個事情，阿秒脈沖就可以做到。

第三，它可以嫁接到非常多的方向上，我們行業開玩笑“everything can be ultrafast”（一切皆可超快！）。比如，我們做拓撲和量子材料的能帶測量的這種ARPES光電子能譜（角分辨光電子能譜），包括光刻機，剛好也在這個波段，因為阿秒幾乎是到X射線波段，或者說到軟X射線到聲域微波段，那么光刻的部分也可以用阿秒來做；還有關于量子隧穿時間的定義，可以通過阿秒來記錄時間。

另外一個就是阿秒激光器，全世界僅有幾臺，但是它其實是從飛秒激光器發展而來的，它的內核先產生飛秒，再用飛秒打出阿秒這樣的思路。

文 ｜ 《中國科學報》記者 倪思潔 韓揚眉