2023诺贝尔物理奖花落“阿秒光脉冲”，又一位女性获奖
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阿秒光脉冲的一个现实应用将是作为半导体行业的成像工具。诺贝尔物理学奖迎来一百年以来，第五位获此殊荣的女性。
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文｜财经E法 杨柳
编辑｜郭丽琴
10月3日，欧洲中部时间11点45分（北京时间下午5:45分），瑞典皇家科学院决定将2023年诺贝尔物理学奖授予三位研究阿秒光脉冲的科学家，他们的实验工作被比喻为“用高速相机去捕捉微观物质世界的超快运动过程”。
来自美国俄亥俄州大学的名誉教授皮埃尔·阿戈斯蒂尼 (Pierre Agostini)、德国马克斯普朗克研究所研究员费伦茨·克劳斯 (Ferenc Krausz) 和瑞典隆德大学教授安妮·吕利耶 (Anne L'Huillier)三人分享2023年诺贝尔物理学奖，以表彰他们“为研究物质中的电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法”（For experimental methods that generate attosecond pulses of light for the study of electron dynamics in matter）。
直播画面截图
阿秒(Attosecond)是电子在原子内部运动的时间尺度。一阿秒之于一秒，如同一秒之于317.1亿年，约为宇宙年龄的两倍——根据2021年的最新估算，宇宙年龄为137.97亿年。电子绕氢原子核一周大约是150阿秒，而阿秒物理学是研究这样一个超短时间尺度内所产生的一切现象，其中包括原子内部电子、原子核的运动。
中国科学院物理所公众号介绍，电子绕原子核的运动周期已经达到了阿秒量级，如果要观察电子甚至原子核内的运动过程, 需要时间分辨率进一步达到阿秒甚至仄秒（1 仄秒=10-21s），这同样只能通过阿秒激光来实现。
“获奖者的实验产生了如此短的光脉冲，可以以阿秒为单位进行测量，从而证明这些脉冲可用于提供原子和分子内部过程的图像。”诺贝尔奖官网介绍说。诺贝尔物理学奖委员会主席伊娃·欧尔森（Eva Olsson）则在发布会现场表示， 三位科学家数十年的研究“给予我们机会去理解被电子支配的世界”。
阿秒光脉冲应用领域包括电子、疾病诊断、用于清洁能源的新材料开发等。安妮·吕利耶则在发布会现场补充说，“阿秒光脉冲的一个现实应用是将作为半导体行业的成像工具”。
中国科学院院士方忠曾在中国阿秒科学中心揭牌仪式上表示，阿秒光脉冲可以观测电子运动的瞬时过程，也是目前唯一可直接测量电子瞬态行为的工具，阿秒的研究与获得，“将打开一扇大门，把科学乃至世界推进到一个全新的时代”。
诺贝尔物理学奖主要集中四个领域：粒子物理、天体物理、凝聚态物理、原子分子及光物理。光物理是今年外界预测的热门获奖领域，其中，费伦茨·克劳斯和安妮·吕利耶二人因2022年同时获得被誉为“诺奖风向标”的沃尔夫奖，随后成为该领域的热门人选。
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第五位获得诺贝尔物理学奖的女性
值得一提的是，安妮·吕利耶也成为诺贝尔物理学奖百年史上第五位获此殊荣的女性。在10月3日的新闻发布会上，安妮·吕利耶在回答现场记者提问时也表示，自己获奖后深受触动，原因之一便是“很少有女性能获得该奖项”。
早期，出生于波兰的物理学家居里夫人（Marie Curie）曾两度获得诺贝尔奖。1963年，德裔美国女物理学家玛丽亚·格佩特-梅耶因（Maria Goeppert Mayer）发展了解释原子核结构的数学模型获得物理学奖。2018年，加拿大科学家唐娜·斯特里克兰（(Donna Strickland)是历史上第三位获得诺贝尔物理学奖的女性科学家。2020年，美国科学家安德烈娅·盖兹（Andrea Ghez）因“在银河系的中心发现了一个超大质量致密天体”而获奖。
据沃尔夫基金会官网的介绍，安妮·吕利耶致力于研究短而强的激光脉冲与原子之间的相互作用。其祖父是一名从事无线电通信的电气工程教授，受其影响，吕利耶对科学技术产生了极大的热情，这使她后来成为实验阿秒物理领域的领军人物。
1987年，她参与了产生第一个产生高阶谐波、形成阿秒脉冲的实验，成为最早通过实验证明高阶谐波产生的人之一，并为该过程正确理论描述的发展做出了重大贡献。
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表彰的是产生阿秒光脉冲的实验方法
另一名来自欧洲的获奖者是德国马克斯·普朗克研究所研究员费伦茨·克劳斯（Ferenc Krausz）。他是一位匈牙利裔奥地利物理学家，其研究团队是第一个产生和测量阿秒光脉冲并利用它们捕获原子内部电子运动的团队。
克劳斯曾形容他们的工作就像开发一台快门速度快得惊人的相机：“这个想法与捕捉一级方程式赛车或子弹的运动是一样的。你拍了一系列快照，然后重建子弹实际上是如何击中墙壁，进而可以慢动作再现这些快照，以观察运动的所有细节”。
早在20世纪90年代初，克劳斯在维也纳科技大学攻读博士学位时，便对使用当时新型激光器来实现极短光脉冲这一想法印象深刻。2001年，克劳斯团队在实验上成功地利用气体高次谐波产生了脉宽为650阿秒的单个光脉冲，使光脉冲宽度达到阿秒量级。当前，科学界正在使用此类脉冲来更好地了解涉及电子、原子和分子的微观过程，并探究它们如何影响宏观世界。
克劳斯还一直在探索阿秒脉冲在疾病检测中的潜力。2022年克劳斯获得西班牙BBVA基金会“知识前沿奖”，他在BBVA基金会官网刊登的一篇报道中说，如果我们从血液样本中去除所有细胞，剩下的液体就是血浆或血清。它所包含的分子为判断捐赠者的健康状况提供了有价值的线索，而科学家正在研究使用阿秒脉冲来提取这些信息的方法。
“使用极其灵敏的测量，我们可以非常精确地分析这些分子。”他指出，在初步研究中，“我们已经能够检测出八种不同类型的癌症……我们还发现了一种非常严重的冠心病、糖尿病前期、糖尿病和中风。”他相信，这些测量结果可能会在未来改变多种疾病的早期诊断。
作为多年临床试验的一部分，克劳斯目前正在对10000名测试者进行测试，他希望该系统可以在未来十年内投入使用。
来自美国的俄亥俄州大学名誉教授皮埃尔·阿戈斯蒂尼资料较少。他曾于 2007年获得荷兰物质基础研究基金会颁发的 Joop Los 奖、以及美国光学学会的 William F. Meggers 奖。2008 年，他因“为原子和分子在强红外激光脉冲下的非线性响应动力学提供了重要见解”，入选为美国光学学会院士。
同样是在本世纪初，皮埃尔·阿戈斯蒂尼2001年成功产生并研究了一系列连续的光脉冲，其中每个脉冲仅持续250阿秒。
2022年，与费伦茨·克劳斯和安妮·吕利耶同时获得沃尔夫奖的是加拿大渥太华大学教授保罗·科克姆（Paul Corkum）。他是超快激光光谱领域的先驱人物，因提出有助于解释与阿秒光谱相关的复杂现象的“三步模型”(three step model)而闻名。
但科克姆此次未能获得诺贝尔物理学家，从事阿秒脉冲研究的吉林大学教授刘爱华对此表示惋惜。
刘爱华向财经E法分析说，诺奖此次表彰的是产生阿秒光脉冲的实验方法，而科克姆是在理论上奠定了基础，可能诺奖颁发机构觉得相较于实验方法来说没那么重要，“但在我们业界，大家都认可他”。
刘爱华介绍，近几年，包括中国科学院及一些地方都在积极发展阿秒光脉冲研究。据媒体报道，2023年4月25日，中国科学院物理所和东莞松山湖材料实验室共建阿秒科学中心，以推动先进阿秒激光设施的建设，联合开展并强化阿秒科学研究。
诺贝尔物理学奖也是华人科学家拿奖最多的奖项，包括李政道、杨振宁、丁肇中、朱棣文、崔琦和高琨6人。
今年每项奖项的奖金增加100万瑞典克朗，达到1100万瑞典克朗（约合100万美元），成为诺贝尔奖百年史上奖金最多的一届。
按评选规则，诺贝尔奖不会公布当年各奖项候选人名单，只能等到50年后才能了解这份名单。
生理学或医学奖率先公布。10月2日，2023年诺贝尔生理学或医学奖授予BioNTech的高级副总裁卡塔琳·考里科（Katalin Karikó）与美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院教授德鲁·韦斯曼（Drew Weissman），表彰他们在信使核糖核酸（mRNA）研究上的突破性发现，为新冠疫情期间开发有效的mRNA疫苗铺平道路。
随后几天，诺贝尔化学奖、文学奖、和平奖和经济学奖获奖者也将陆续出炉。