“阿秒物理”为何能获诺贝尔物理学奖？施郁：从基础到应用都很重要｜封面深镜

封面新闻记者 闫雯雯

瑞典皇家科学院当地时间10月3日宣布，决定将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）和安妮·卢利尔（Anne L’Huillier），以表彰“为研究物质中的电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法”。

图片源自诺贝尔奖官网截图

知名物理学者施郁教授在颁奖前曾经预测过本次获奖的物理学家，成功“命中”了此次诺贝尔物理学奖将会颁给“阿秒光脉冲”。施郁教授长期密切关注诺贝尔物理学奖，并进行分析预测和解读，2021年也成功预测了意大利物理学家帕里西获奖。他曾经表示：“我对物理学大多数主要领域、物理学史和整体结构都比较熟悉，而诺贝尔奖自然是很多科学工作者关心的，所以也就自然地发表一些看法。”

那么，为什么此次“阿秒物理”能够获奖？

“他们能够获奖，主要是对超快激光科学和阿秒物理的开拓性贡献，展示了原子、分子和固体中的电子运动的时间分辨成像。他们对技术发展和物理应用都作出了贡献。”施郁在谈到获奖者的贡献时这样说道。

施郁教授关注诺贝尔奖

据施郁教授介绍，安妮·卢利尔是法国/瑞典物理学家，隆德大学（Lund University）原子物理教授，从事原子和短强激光脉冲的相互作用研究。在巴黎大学，她获得数学和理论物理双硕士学位，博士论文研究实验物理。1987年，她参与了第一个产生高阶谐波、形成阿秒脉冲的实验，她对理论描述的贡献很大，也进行了一系列进一步的实验来加深对过程的理解。

费伦茨·克劳斯是匈牙利裔奥地利人，2004年起在慕尼黑大学任物理学教授。1990年代，他在维也纳技术大学时，就对用激光产生超短光脉冲感兴趣。2000年代早期，他的研究组产生了第一个阿秒脉冲，证明了脉冲时长在阿秒量级，并用来对原子尺度上的电子运动做了实时观测。

谈到为什么能够预测准确“阿秒物理”能够获得诺贝尔奖时，施郁表示：“因为他们的研究从基础到应用都很重要，而前几年其他的奖项给了这个领域，所以今年诺奖决定颁给他们的可能性特别大。”

在俄亥俄州立大学任教的皮埃尔·阿戈斯蒂尼则是与费伦茨·克劳斯同时期进行阿秒研究的科学家，两人的研究工作相对独立。2001年，皮埃尔·阿戈斯蒂尼成功地产生并研究了一系列持续时间仅为250阿秒的连续光脉冲，为探索原子和分子内部电子动态提供了重要工具。与此同时，费伦茨·克劳斯正在进行另一种类型的实验，可以单独隔离持续时间为650阿秒的光脉冲。

实际上，在施郁教授的预测中，还有一个人能够获得诺贝尔奖，那就是加拿大科学家保罗·科克姆。保罗领导加拿大研究会和渥太华大学共同成立了联合阿秒科学实验室（Joint Attosecond Science Laboratory, JASLab）。他对高阶谐波的产生作出了重要贡献，并提出模型解释阿秒光谱的复杂现象，特别是，用半经典再碰撞模型解释了阿秒脉冲的形成机制。在强激光场的影响下，电子从原子或分子势场中隧穿出来，然后加速，再复合，放出高阶谐波，对原子分子结构的演化很敏感。高阶谐波谱使得他能重建物理过程，演示分子轨道层析成像的可行性。

保罗·科克姆和安妮·卢利尔、费伦茨·克劳斯一起获得了2022年的沃尔夫奖。这个奖项被誉为诺贝尔奖的风向标之一，保罗未能获得诺贝尔奖的确是一个遗憾。

也许很多人在看到获奖者的照片时，会发现安妮有点脸熟。的确，安妮作为瑞典皇家科学院院士，曾任诺贝尔物理学奖评委会成员，并在2012年、2014年的诺贝尔物理学奖宣布会上科普获奖成果并回答记者提问，2015年担任诺贝尔物理学奖评委会主席。不过在2015年，她已经退出了诺贝尔物理学奖委员会，不知是否从2015年开始，就已经有人提名她获奖，因此为避嫌而退出。