2023年諾貝爾物理學(xué)獎被授予三位科學(xué)家，以表彰他們發(fā)明了用于研究電子世界的工具。

電子是亞原子粒子，在我們每天看到的許多現(xiàn)象中起著重要作用，從電到磁。今年的三位諾貝爾物理學(xué)獎得主展示了一種創(chuàng)造極短光脈沖的方法，以研究涉及電子的過程。

來自美國俄亥俄州立大學(xué)的Pierre Agostini，德國馬克斯普朗克量子光學(xué)研究所的Ferenc Krausz和瑞典隆德大學(xué)的Anne L'Huillier將分享1100萬瑞典克朗(822910英鎊)的獎金。

電子的變化通常發(fā)生在十分之一“阿秒”，也就是十億分之一秒的十億分之一。為了研究這些短暫的事件，需要特殊的技術(shù)。

這兩位獲獎?wù)甙l(fā)明了一種實驗方法，可以產(chǎn)生短到可以用阿秒來測量的光脈沖。這些可以用來研究物理物質(zhì)中電子的瞬變動力學(xué)——這在以前是不可能的。

阿秒脈沖，有史以來最短的閃光，引發(fā)了光子學(xué)——光波科學(xué)的一場革命。它們被用來拍攝不同物理系統(tǒng)中電子的快照，比如原子、手性分子(彼此互為鏡像的分子)和非常微小的納米粒子。

這些獲獎?wù)叨紴檠芯窟@些過程做出了貢獻。這是第一次，這些快速脈沖使科學(xué)家們能夠?qū)⑺麄冇^察到的時間尺度與電子動力學(xué)發(fā)生的自然、非�？斓臅r間尺度相匹配。

這一成就需要激光科學(xué)和工程方面的重大創(chuàng)新，而今年的諾貝爾獎得主們?yōu)榇送度肓藬?shù)十年的努力。

L'Huillier發(fā)現(xiàn)了一種新的效應(yīng)，這種效應(yīng)是激光與氣體中的原子相互作用的結(jié)果。這種相互作用可以用來產(chǎn)生紫外線脈沖，每個脈沖的長度為幾百阿秒。

Agostini和Krausz進一步證實了這一發(fā)現(xiàn)。2001年，Agostini能夠產(chǎn)生短光脈沖并測量其寬度。使用RABBIT技術(shù)產(chǎn)生的一系列脈沖僅持續(xù)了250阿秒。

大約在同一時間，Krausz開發(fā)了一種不同的實驗方法，用它成功地分離出持續(xù)650阿秒的光脈沖。

Agostini和Krausz開發(fā)的兩種方法構(gòu)成了今天進行的許多阿秒研究的基礎(chǔ)。

令人興奮的應(yīng)用程序

這些阿秒脈沖有一些令人興奮的潛在應(yīng)用。

它們可以用來研究不同類型材料中以前未知的物理現(xiàn)象。

一個被稱為超快速開關(guān)的衍生領(lǐng)域也可能有一天導(dǎo)致非常快速工作的電子產(chǎn)品的發(fā)展。

阿秒脈沖科學(xué)也可以用于醫(yī)學(xué)診斷。通過將血液樣本暴露在非�？斓墓饷}沖下，科學(xué)家們可以檢測到樣本中分子的微小變化。這可能會帶來一種診斷疾病的新方法，包括癌癥。

我們在國王學(xué)院的團隊一直在努力將阿秒脈沖在物理過程中的分辨率與量子信息處理方面的新進展相結(jié)合。這將產(chǎn)生量子光脈沖，在量子計算中具有應(yīng)用價值。

諾貝爾獎授予這一領(lǐng)域的研究激勵我們加倍努力，開創(chuàng)新的天地。我們祝愿我們的同事們繼續(xù)取得成功，并期待著他們接下來將給我們帶來怎樣的驚喜。

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