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2023年诺贝尔物理学奖揭晓,北欧时报连线诺奖得主法国/瑞典科学家Anne
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发布会现场。/图 北欧时报 朱文韬

(北欧时报斯德哥尔摩讯 特派记者于东琨、朱文韬,实习记者冯宏宇报道)瑞典当地时间10月3日上午11点45分,瑞典皇家科学院宣布将2023年诺贝尔物理学奖授予美国科学家Pierre Agostini、德国科学家Ferenc Krausz和法国/瑞典科学家Anne L’Huillier,以表彰他们“开发了产生阿秒光脉冲的实验方法,用于研究物质中的电子动力学”。

The three Nobel Laureates in Physics2023are being recognised for their experiments,which have given humanity new tools for exploring the world of electrons inside atoms and molecules.Pierre Agostini,Ferenc Krausz and Anne L’Huillier have demonstrated a way to create extremely short pulses of light that can be used to measure the rapid processes in which electrons move or change energy.

The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the Nobel Prize in Physics2023

“for experimental methods that generate attosecond pulses of light for the study of electron dynamics in matter”

toPierre Agostini,The Ohio State University,Columbus,USA,

Ferenc Krausz,Max Planck Institute of Quantum Optics,Garching and Ludwig-Maximilians-Universität München,Germany,and

Anne L’Huillier,Lund University,Sweden.

2023年的诺贝尔奖单项奖金为1100万瑞典克朗(约合人民币726.5万元),相比去年增加了100万瑞典克朗。

北欧时报获得现场连线诺奖大师提问机会。

/北欧时报图朱文韬


北欧时报现场连线采访诺贝尔物理奖得主安娜·吕耶娜(Anne L'Huillier)。

于东琨:我是来自北欧时报的科技记者,这真是十分惊人技术,祝贺您安娜教授!我的问题是阿秒技术在研究光合作用或者光感分子工作的潜力?

连线采访诺奖获得者。/北欧时报 图 朱文韬

安娜教授:在光合作用过程中,光感分子吸收光子产生电子变化(化学反应)。如果可以控制光的发射,将会有很大的机会研究清楚光合作用一系列的反应。但是目前这一研究还尚未可知,这是将来的目标。

/北欧时报图朱文韬

北欧时报会后专访诺贝尔物理奖评委奥利·埃里克森(Olle Eriksson)

于东琨:奥利教授您好!我是来自北欧时报的记者。阿秒技术是非常令人振奋的技术,讲解中从电子尺度到宇宙尺度给我们留下了深刻印象。这无疑是一项高尖端技术,所以我想知道该技术的使用成本以及目前商业化的程度?

奥利教授:我想说的是,目前还没有商业化的日常生活应用。任何一个科学领域的先进发现都需要10年、15年,有时20年才能成为一种可以在商业领域应用的技术。所以目前在日常生活中没有阿秒激光的应用,但这是一种在世界各地的实验室中正在大量开发的技术。它是为研究材料而设计的,这些材料可能是分子。目标可以是固态,而这正是为此而设计的。在那个时间尺度上,一切都静止了,一切都冻结了。就好像除了电子之外时间是静止的。你唯一能看到的是围绕原子核旋转的电子。

北欧时报:感谢您的解答,那么它在构建分子方面的潜力如何呢?

奥利教授:我认为这是一种跟踪化学反应或跟踪材料特性动态的方法。这样,也许人们会同意我们有潜力设计新的催化材料来降低大气中二氧化碳和其他温室气体的浓度。

阿托秒激光使我们能够追踪电子的波包,这是其他技术无法做到的。正是电子决定了材料的所有特性,运动的电子告诉我或向我解释你的眼镜是透明的,但这里的镜框不是,它是金属的,而且是闪亮的,这仍然是由于电子状态的不同。因此,电子对材料的性能起着非常重要的作用。现在我们有了一个可以跟踪他们的工具。

北欧时报:再次感谢您。最后一个问题:可以使用这种技术来研究相变吗?例如从固体到液体。

奥利教授:绝对可以!阿秒技术使我们能够追踪相变,我个人认为这是一个很好的例子。因此,它使我们能够研究当从一种相到另一种相、从固体到液体或从液体到气体的相变时,电子如何重新调整。

北欧时报图/朱文韬

Fast-moving events flow into each other when perceived by humans,just like a film that consists of still images is perceived as continual movement.If we want to investigate really brief events,we need special technology.In the world of electrons,changes occur in a few tenths of anattosecond–an attosecond is so short that there are as many in one second as there have been seconds since the birth of the universe.

The laureates’experiments have produced pulses of light so short that they are measured in attoseconds,thus demonstrating that these pulses can be used to provide images of processes inside atoms and molecules.

In1987,Anne L’Huillierdiscovered that many different overtones of light arose when she transmitted infrared laser light through a noble gas.Each overtone is a light wave with a given number of cycles for each cycle in the laser light.They are caused by the laser light interacting with atoms in the gas;it gives some electrons extra energy that is then emitted as light.Anne L’Huillier has continued to explore this phenomenon,laying the ground for subsequent breakthroughs.

In2001,Pierre Agostinisucceeded in producing and investigating a series of consecutive light pulses,in which each pulse lasted just250attoseconds.At the same time,Ferenc Krauszwas working with another type of experiment,one that made it possible to isolate a single light pulse that lasted650attoseconds.

The laureates’contributions have enabled the investigation of processes that are so rapid they were previously impossible to follow.

“We can now open the door to the world of electrons.Attosecond physics gives us the opportunity to understand mechanisms that are governed by electrons.The next step will be utilising them,”says Eva Olsson,Chair of the Nobel Committee for Physics.

There are potential applications in many different areas.In electronics,for example,it is important to understand and control how electrons behave in a material.Attosecond pulses can also be used to identify different molecules,such as in medical diagnostics.

Pierre Agostini.PhD1968from Aix-Marseille University,France.Professor at The Ohio State University,Columbus,USA.

图12023年诺贝尔物理学奖。图片来自:Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院

光的实验捕捉到最短的瞬间

三位2023年诺贝尔物理学奖得主因他们的实验而获得认可,这些实验为人类探索原子和分子内的电子世界提供了新的工具。Pierre Agostini,Ferenc Krausz和Anne L Huillier展示了一种制造极短光脉冲的方法,这种光脉冲可以用来测量电子移动或能量变化的快速过程。

当人们感知到快速移动的事件时,它们会相互流动,就像由静止图像组成的电影被认为是连续的运动一样。如果我们想调查非常短暂的事件,需要特殊的技术。在电子的世界里,变化发生在十分之一阿秒内——一阿秒是如此之短,以至于一秒钟内包含多少阿秒,几乎相当于宇宙诞生以来有多少秒。

图2电子运动。1阿秒等于10-18秒。图片来自:Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院

3位获奖者的实验产生的光脉冲非常短,可以用阿秒来测量,从而证明这些脉冲可以用来提供原子和分子内部过程的图像。

1987年,Anne L Huillier发现,当她将红外激光穿过惰性气体时,会产生许多不同的光的泛音。每个泛音都是一个光波,在激光中每个周期都有给定的周期数。它们是由激光与气体中的原子相互作用引起的:它给一些电子额外的能量,然后以光的形式发射出去。Anne L Huillier继续探索这一现象,为随后的突破奠定了基础。

图3泛音。泛音在基本音中的每个周期都有多个周期。泛音在光波中的作用也是一样的。

2001年,Pierre Agostini成功地制造并研究了一系列连续的光脉冲,每个脉冲仅持续250阿秒。与此同时,Ferenc Krausz正在进行另一种类型的实验,这种实验可以分离出持续650阿秒的单一光脉冲。

图4用最短光脉冲探索电子世界的实验装置示意图。

3位诺贝尔奖得主的贡献使人们能够研究过去无法追踪的快速过程。

“我们现在可以打开通往电子世界的大门。阿秒物理学使我们有机会了解由电子控制的机制。下一步将是利用它们。”诺贝尔物理学委员会主席Eva Olsson说。

这一技术在许多不同的领域都有潜在的应用。例如,在电子学中,理解和控制电子在材料中的行为是很重要的。阿秒脉冲也可以用来识别不同的分子,比如在医学诊断中。

获奖者简介:

Pierre Agostini,1968年从法国艾克斯-马赛大学获得博士学位。现任美国哥伦布俄亥俄州立大学教授。

Ferenc Krausz,1962年生于匈牙利。1991年从奥地利维也纳理工大学获得博士学位。现任德国马克斯普朗克量子光学研究所所长,德国路德维希—马克西米利安—慕尼黑大学教授。

Anne L’Huillier,1958年生于法国巴黎。1986年从法国巴黎皮埃尔和玛丽居里大学获得博士学位。现任瑞典隆德大学教授。

感谢新译科技提供支持。/北欧时报

/编审 何儒

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