每經(jīng)記者 溫雅蘭    于繡菡    每經(jīng)編輯 唐元    

在人工智能迅猛發(fā)展、技術(shù)創(chuàng)新重塑未來(lái)的當(dāng)下，科技已然成為未來(lái)發(fā)展的核心關(guān)鍵詞。

曾經(jīng)，我們用“白駒過(guò)隙”來(lái)形容時(shí)間如同一匹白馬在狹隘的隙縫中飛快而過(guò)。如今，人類的探測(cè)器已經(jīng)飛出了太陽(yáng)系，而天文學(xué)家們的觀測(cè)范圍更是達(dá)到了數(shù)百億光年。

去年12月，2023年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)、化學(xué)獎(jiǎng)、生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)、文學(xué)獎(jiǎng)及經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)儀式在瑞典首都斯德哥爾摩舉行。

瑞典皇家科學(xué)院宣布將2023年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予皮埃爾·阿戈斯蒂尼 (Pierre Agostini)、費(fèi)倫茨·克勞斯 (Ferenc Krausz) 和安妮·盧利爾 (Anne L'Huillier)，以表彰他們的“為研究物質(zhì)中的電子動(dòng)力學(xué)而產(chǎn)生阿秒光脈沖的實(shí)驗(yàn)方法”。

至此，阿秒物理學(xué)的研究進(jìn)入到了一個(gè)全新的階段，人類也擁有了新的工具來(lái)探索原子和分子內(nèi)部的電子世界。

為進(jìn)一步了解阿秒脈沖技術(shù)的發(fā)展，探索科研人員的研究歷程，洞察科技改變世界的力量，《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者專訪2023年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主皮埃爾·阿戈斯蒂尼，探究這一世界上最前沿科技的其中奧秘。

圖片來(lái)源：俄亥俄州立大學(xué)官網(wǎng)

何為阿秒？

“飛秒”曾經(jīng)被認(rèn)為是可以產(chǎn)生的閃光的極限。直到2023年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)公布后，阿秒脈沖再次進(jìn)入公眾的視野。

一阿秒有多短？

一阿秒之于一秒，相當(dāng)于一秒之于宇宙年齡。用數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，一飛秒等于一千萬(wàn)億分之一秒，而一阿秒等于一百億億分之一秒。

在當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用中，阿秒光脈沖可用于測(cè)試物質(zhì)的內(nèi)部過(guò)程，并識(shí)別不同的事物。皮埃爾在接受《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者采訪時(shí)表示，與飛秒相比，阿秒的一個(gè)特性是，能夠?qū)⒏叽沃C波軟X射線（high harmonics soft-X-ray radiation）應(yīng)用于微處理器技術(shù)，或者說(shuō)相干頻率的寬度可用于醫(yī)學(xué)應(yīng)用中復(fù)雜分子的指紋識(shí)別。

例如在物理研究中，阿秒光脈沖可以用來(lái)研究電子在原子和分子中的超快動(dòng)力學(xué)；在生物學(xué)研究中，可以幫助在癌癥早期診斷識(shí)別癌細(xì)胞的微弱信號(hào)；在材料科學(xué)中可以用于研究高溫超導(dǎo)材料、拓?fù)浣^緣體和磁性材料等強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子材料的電子動(dòng)力學(xué)，推動(dòng)新型電子器件的發(fā)展；阿秒脈沖的超短特性使其在量子信息科學(xué)和量子計(jì)算領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用，可能用于操縱和存儲(chǔ)量子信息等。

“阿秒光譜學(xué)是一項(xiàng)尖端技術(shù)，它允許在電子的自然時(shí)間尺度上測(cè)量電子動(dòng)態(tài)。它使用孤立的阿秒脈沖來(lái)探測(cè)原子、分子和固體中的電子動(dòng)態(tài)。綜合來(lái)看，在電子運(yùn)動(dòng)觀測(cè)領(lǐng)域，阿秒光譜（ attosecond wide spectra）將大有可為。”談及阿秒物理學(xué)的未來(lái)發(fā)展，皮埃爾如是說(shuō)。

實(shí)驗(yàn)成功需要努力也需要運(yùn)氣

實(shí)驗(yàn)的結(jié)果往往具有一定的偶然性，除了努力之外，也需要一定的運(yùn)氣。

阿秒脈沖的物理原理可以追溯到上世紀(jì)80年代諧波的發(fā)現(xiàn)，但是從70年代到90年代末，阿秒脈沖的發(fā)展歷程仿佛隨機(jī)漫步。

1979年的ATI（閾上電離）實(shí)驗(yàn)中，數(shù)據(jù)收集的速度之快出乎皮埃爾的意料。“因?yàn)樵陔S后的幾個(gè)月中，即使我們更換了皮秒激光器，并將電子能譜儀升級(jí)為更高質(zhì)量的半球形能譜儀，卻始終無(wú)法復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，”皮埃爾講述說(shuō)，“這種情況在實(shí)驗(yàn)物理學(xué)中并不罕見(jiàn)。隨后我們實(shí)驗(yàn)了一遍又一遍，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到最終確認(rèn)的時(shí)候，團(tuán)隊(duì)成員終于能安心睡個(gè)好覺(jué)。” 

直到1994年在Veniard、Taieb 和 Maquet 的計(jì)算的影響下，皮埃爾及其團(tuán)隊(duì)發(fā)明了RABBITT（通過(guò)雙光子躍遷干涉重建阿秒跳動(dòng)）技術(shù)的雛形，使得測(cè)量高次諧波阿秒脈沖持續(xù)時(shí)間的可能。

科研道路總有“山重水復(fù)”，也有“柳暗花明”。

基于高次諧波產(chǎn)生再結(jié)合相位匹配技術(shù)，皮埃爾在2001年獲取了阿秒光脈沖，成為首個(gè)獲取阿秒脈沖序列的學(xué)者。然而，在這項(xiàng)關(guān)鍵研究發(fā)表后不久，迫于法國(guó)當(dāng)時(shí)的政策，剛剛年滿60歲的他不得不退休。但此時(shí)的皮埃爾并沒(méi)有選擇放棄，而是將這一挑戰(zhàn)視為新的起點(diǎn)。

他離開(kāi)法國(guó)，先后在加拿大、荷蘭和德國(guó)進(jìn)行研究，最終在俄亥俄州立大學(xué)穩(wěn)定下來(lái)，并繼續(xù)進(jìn)行研究。 

我們常說(shuō)，既來(lái)之，則安之。

彼時(shí)的皮埃爾內(nèi)心一定有不甘，有不滿，也有無(wú)奈。但是現(xiàn)在的皮埃爾很坦然地表示，如果當(dāng)時(shí)可以工作到70歲，那么自己肯定會(huì)留在CEA（法國(guó)原子能和替代能源委員會(huì)）。“但是我們很難猜測(cè)哪種選擇會(huì)有更好的結(jié)果，”皮埃爾說(shuō)，“我對(duì)我在美國(guó)的經(jīng)歷十分滿意，也很感謝俄亥俄州立大學(xué)給予我的幫助。”

如今，皮埃爾對(duì)未來(lái)的科研充滿了期待。

科研人員完全可以朝著“頂點(diǎn)”一直攀登。他鼓勵(lì)年輕科學(xué)家們繼續(xù)在光學(xué)領(lǐng)域探索，無(wú)論是在微處理器技術(shù)還是醫(yī)療應(yīng)用中，或是在追求記錄最小時(shí)間片的科學(xué)研究中。他相信，繼2023年諾貝爾獎(jiǎng)之后，光學(xué)領(lǐng)域的需求將持續(xù)增長(zhǎng)，為年輕科學(xué)家提供更為廣闊的舞臺(tái)。