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将人类带进阿秒时代!2023年物理学诺奖得主升级世界最快相机

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发布时间:2023-10-04 18:45:49

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瑞典隆德大学教授安妮·勒惠利尔(Anne L’Huillier)是第5位被授予诺贝尔物理学奖的女性。视频截图:隆德大学Nina RansmyrXXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  如果相机够快,拍下来的都是“慢动作”。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  蜂鸟每秒钟可以拍打翅膀80次。人眼无法看清,但高速相机可以将其动作定格成一帧帧清晰的画面。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  24年前,1999年诺贝尔化学奖被授予使用当时世界上最快的“相机”的美国加州理工学院教授艾哈迈德·H·祖瓦伊勒(Ahmed H. Zewail)。他用飞秒激光看到反应过程中化学分子的过渡态。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  而今,世界最快“相机”再次升级,速度加快千倍,从飞秒跨越到阿秒,“看到”分子中电子的运动,并斩获2023年诺贝尔物理学奖。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  阿秒光脉冲(简称“阿秒脉冲”)是一束极短促的闪光,提供了一开一关极快的相机“快门”,能够“拍摄”到狂飙中的电子。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  发明这种基础科学的新工具、新技术的科学家们,将人类带进了阿秒时代。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

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一秒钟内的阿秒数与138亿年前宇宙诞生以来所经过的秒数相同。图:Johan JarnestadXXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  电子绕氢原子核一周大约需要150阿秒。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  而目前阿秒脉冲的世界纪录是43阿秒脉冲。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  10月3日下午,中国科学院物理研究所副研究员、博士生导师方少波告诉澎湃科技,进一步增强阿秒脉冲,现在还存在技术难度。目前43阿秒脉冲的世界纪录保持者、来自德国的托马斯·高尼茨(Thomas Gaumnitz)在攻读博士学位期间,因为忙于搭建阿秒脉冲光源,一直没有发表论文,直到博士后阶段才发表了第一篇研究论文。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  上海理工大学光电信息与计算机工程学院教授、博士生导师刘一向澎湃科技表示,2023年三位诺贝尔物理学奖得主中,他最熟悉的是安妮·勒惠利尔(Anne L’Huillier)。从2014年开始,双方就空气激光等相关课题展开合作,先后在安妮实验室进行过4次合作实验。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  刘一介绍,安妮出生在法国巴黎,在法国攻读了博士学位。她温和、内敛,言辞不多,但非常有智慧。她对葡萄酒很有研究,能够分辨不同葡萄酒的年份。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  安妮是第5位被授予诺贝尔物理学奖的女性。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  刘一表示,脉冲更短,能量更高,重复频率更高,这是阿秒脉冲领域内人们正在努力的三个维度。除了在泵浦激光、产生介质等方面进行改进外,他表示,普通实验室用的聚焦透镜是1米或2米长的,但在欧盟一些实验室用的聚焦透镜长达50米,就是为了产生更强的阿秒脉冲。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  阿秒脉冲:最快的光?错!XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  有人直观上认为阿秒脉冲是最快的光,所以能追踪飘忽运动的电子。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  但实际上,在同一介质中,光速不变。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  “更准确地说,是最短的,目前最短的光脉冲。”刘一告诉澎湃科技,用最短的光脉冲可以探索电子世界。但还有比阿秒更短的时间单位——仄秒(10^−21秒)、幺秒(10^−24秒)等, “人类对自然的探索无止境” 。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  如果简单地把电子看作是原子核周围的“超级跑车”或者子弹,那么阿秒脉冲如同开关很快的相机快门,可以将电子“拍摄”下来。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  刘一表示,“好比子弹飞过去了,如果你相机的快门不够快的话,你拍到的是一条线、一个影子,而非清晰的子弹。而阿秒脉冲提供了一个很快的‘快门’,曝光时间尺度很短。”XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  静止是相对的。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  方少波告诉澎湃科技,曝光时间之所以要短,是为了在快门一开一关之间,被拍摄对象几乎相当于是静止的,或者它移动的距离足够短,否则很难定格清晰的瞬间。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  北京时间3日17时50分许,瑞典皇家科学院宣布,将2023年诺贝尔物理学奖授予发明了这种极短闪光技术的三名科学家——美国俄亥俄州立大学名誉教授皮埃尔·阿戈斯蒂尼(Pierre Agostini)、德国马克斯·普朗克量子光学研究所教授费伦茨·克劳斯(Ferenc Krausz)和瑞典隆德大学教授安妮·勒惠利尔(Anne L’Huillier),以表彰他们在“产生阿秒光脉冲以研究物质中电子动力学的实验方法”方面所做出的贡献。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  阿秒是光脉冲的脉冲宽度。刘一解释说,“脉冲宽度的概念没那么抽象。比如说激光笔。我们手指头一按打开激光笔,再一放关掉激光笔,就产生了一个激光脉冲。脉冲宽度是脉冲持续的时间。假如有人能够在1阿秒内一按一放激光笔,而且激光笔也有足够快地响应的话,那么也可以产生阿秒脉冲。可是,没人能按得这么快,激光笔也没有那么快响应。。”XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  飞秒激光却可以“按得”这么快。XXX大手笔网—中国第一文化门户网站

  1阿秒等于千分之一飞秒,相当于10

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