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2023年諾貝爾物理學獎公布,讓人類觀察微觀達到極致

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2023年諾貝爾物理學獎公布,年諾讓人類觀察微觀達到極致2023-10-04 09:30:06 來源: 新民晚報 上海  舉報 0 分享至

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  昨天(10月3日),2023年諾貝爾物理學獎授予三人,學獎以表彰他們在“產生阿秒光脈沖以研究物質中電子動力學的公布觀達實驗方法”方面所做出的貢獻。他們分別是讓人:美國俄亥俄州立大學名譽教授皮埃爾·阿戈斯蒂尼,德國馬克斯·普朗克量子光學研究所教授費倫茨·克勞斯,類觀瑞典隆德大學教授安妮·呂利耶。察微

  什么是到極阿秒光脈沖?怎樣理解所謂的電子動力學?“這像是當下亞運會賽場上的一臺快速相機,能夠捕捉運動員一秒鐘內發生的年諾一系列動作?!睆偷┐髮W物理系教授陶鎮生解釋道,物理而本年度諾貝爾物理獎得主的學獎突出貢獻在于,他們能夠在極限的公布觀達速度飛秒時間,捕捉到原子、讓人分子和凝聚相中物質中電子的類觀動力學,讓人類觀察微觀達到極致。察微

  如果說一秒是短的一瞬間,那飛秒是什么概念呢?那是指1秒的一千萬億分之一。


圖說:獲獎的美國俄亥俄州立大學名譽教授皮埃爾·阿戈斯蒂尼、德國馬克斯·普朗克量子光學研究所教授費倫茨·克勞斯和瑞典隆德大學教授安妮·呂利耶

  以前,物理學有個原則上不可觀測的量,例如氫原子中電子位置和公轉周期。而現在,曾經“原則上”不可觀測的東西現在卻在實驗室里變得觸手可及。嚴格意義上,我們可能還無法觀察到電子在原子核周圍的位置和公轉周期,但今天,我們可以在實驗中“看到”原子、分子周圍電子活動的情況。

  這又是怎樣做到的呢?陶鎮生進而舉例道,當我們用肉眼無法捕捉運動員飛快的動作時,就需要的拍攝速度更快的高速相機。同樣的原理適用于所有用于測量或描述快速運動過程的方法:任何測量都必須比目標系統發生明顯變化的時間更快。今年的諾貝爾物理學獎獲獎者在實驗中展示了一種產生光脈沖的方法,這種脈沖足夠短,足以捕獲原子和分子內部過程的圖像。

  一直以來,飛秒被認為是可以產生的閃光的極限。只是改進現有技術還不足以看到電子在極其短暫的時間尺度上運動的過程——科學家需要一些全新的東西。而今年的獲獎者開辟了阿秒物理學的全新領域。

  1987 年,法國一家實驗室的安妮·呂利耶和她的同事利用穿過惰性氣體的紅外激光束演示了諧波的產生。與之前實驗中使用的波長較短的激光相比,紅外光產生的諧波更多且更強。

  費倫茨·克勞斯和他的研究小組則研究一種可以挑選單個脈沖的技術——就像將火車上的一個車廂脫開并將其切換到另一條軌道一樣。他們成功分離出了持續 650 阿秒的脈沖,該小組用它來跟蹤和研究電子脫離原子束縛的過程。

  現在阿秒世界已經為科學家們認知,可以測量電子被拉離原子所需的時間,并檢驗電子與原子核結合的緊密程度如何決定該時間的長短。

  陶鎮生介紹,現在包括復旦大學在內的國內不少高校也在進行類似的實驗。阿秒光脈沖可用于測試物質的內部過程,并識別不同的事件,這是物理學的一項基礎研究。當然,從未來看,這些脈沖在電子、醫學等領域具有應用潛力。例如,阿秒脈沖可用于推動分子,從而發出一個可測量的信號。來自分子的信號具有特殊的結構,這是一種可以揭示其“身份”的指紋,在醫學診斷等領域都可能具有潛在價值。

  新民晚報記者 張炯強

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