新华社北京10月3日电瑞典皇家科学院3日宣布，将2023年诺贝尔物理学奖授予皮埃尔·阿戈斯蒂尼、费伦茨·克劳斯和安妮·吕利耶三位科学家，以表彰他们“为研究物质中的电子动力学产生阿秒光脉冲的实验方法”。
什么是秒？一阿秒是10减18秒，也就是十亿分之一秒的十亿分之一。在这三位科学家的努力下，光脉冲可以达到阿秒级。那么，创造这么短的光脉冲有什么意义呢？
蜂鸟每秒扇动翅膀高达80次，我们只能看到它们翅膀模糊的影子。人类的视觉感官是不可能观察到极短的事件的，快速的运动看起来是一片模糊。需要用高速摄影来“捕捉”这些非常短暂的瞬间。为了获得蜂鸟翅膀的清晰图像，相机快门必须比蜂鸟翅膀移动得更快。换句话说，任何测量都必须比被测对象变化快，否则结果就会“模糊”。
在物质的微观世界中，粒子以非常高的频率运动。原子运动的时间尺度是飞秒，即10的负15秒，可以用激光脉冲(飞秒激光)观测到。但是原子的运动和电子的运动相比还是“很慢”，因为电子运动的时间尺度是阿秒。电子在原子或分子内部的移动速度非常快，以至于在飞秒光脉冲的观察下仍然很模糊。科学界认识到需要新技术来观察电子的运动。
光的波长与频率成反比，人们能想到的最短的光脉冲是光波的一个振动周期。在这种情况下，80年代科学界普遍认为普通波长的激光系统产生的光脉冲不能低于飞秒。如何让光脉冲达到阿秒级？科学家认为，通过计算，将多个波长的短波激光脉冲组合起来，可以产生更短的光脉冲。
需要组合新波长的不仅仅是激光，另一个关键是激光通过气体时，会产生一种现象:光与原子相互作用产生谐波，谐波是在原波的一个周期内完成多个完整周期的波。1987年，Lhuilier在法国实验了一种穿过惰性气体的红外激光，产生的谐波比以前更短波长的激光产生的谐波更多更强。她在20世纪90年代继续探索这一效应，为接下来的实验突破奠定了基础。
光的能量与波长有关，波长越短，光能越强。激光通过气体时，谐波的能量相当于紫外线，波长比可见光短。当激光与许多不同的气体原子相互作用时，会产生一组特定波长的谐波，这些谐波会相互作用，在适当的情况下，会产生一系列紫外光脉冲，每个脉冲的时间尺度为几百阿秒。
实际识别和测试脉冲的突破发生在2001年。阿戈斯蒂尼和他的研究团队在法国成功创造并研究了一系列连续谐波光脉冲，就像一列有车厢的火车。他们使用一种特殊的技术将光脉冲“火车”和延迟的原始激光束放在一起，以观察谐波。他们还测量出每个脉冲持续大约250阿秒。与此同时，克劳斯和他当时在奥地利的研究团队开发了一种可以分离单个脉冲的技术。他们成功分离的脉冲持续了650阿秒，研究小组用它来跟踪和研究电子从原子中“抽离”的过程。
三位科学家的不断突破表明，阿秒脉冲是可以观测和测量的，也可以用于新的实验。如今阿秒物理的世界已经打开，光脉冲可以达到几十阿秒的量级。这些“超级快门”可以用来观察电子的运动，检测原子和分子的详细结构，还可以在医学诊断中识别不同的分子。
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原文地址"科普：观察微观世界的“超级快门”——2023年诺贝尔物理学奖成果解读"：http://www.guoyinggangguan.com/xedk/122755.html。
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