用激光研究高速電子的科學家獲得諾貝爾物理學獎

周二，三位科學家因進行的實驗表明可以測量快速移動電子的行為而獲得2023年諾貝爾物理學獎。

在原子和亞原子水平上，粒子以驚人的高速移動非常短的距離，科學家以前認為這是不可能觀察到的。但是物理學家皮埃爾·阿戈斯蒂尼,費倫茨·克勞斯和安妮·盧利耶演示了如何創建可用于研究電子的極短閃光。

他們的研究單獨進行，在電子學，生物學和醫學診斷領域以及一系列其他領域具有潛在的應用。陳述來自諾貝爾委員會。

“我們關心電子的原因都是化學......都是關于電子如何相互作用，”羅伯特·羅斯納芝加哥大學的理論物理學家告訴華盛頓郵報喬爾·阿亨巴赫。“所有的原子都是一個被電子云包圍的原子核，正是這些電子云相互作用，讓你能夠制造分子，組裝東西。

“一旦你能控制和理解電子，你就向前邁出了一大步，”諾貝爾委員會成員。馬茨·拉爾森在頒獎典禮上說，根據大衛·凱頓、塞思·博倫斯坦和約翰·萊斯特的美聯社（美聯社）。

電子移動，它們的能量在阿秒的微小時間尺度上移動。在十億分之一秒內，十億阿秒過去了。這個時間單位是如此之短，以至于一秒鐘的阿秒數與宇宙誕生以來的秒數（138億年前）一樣多。

“在這個時間尺度上，除了電子之外的一切，時間都靜止了，”奧勒·埃里克森瑞典烏普薩拉大學的物理學家告訴華盛頓郵報.

為了能夠觀察電子，研究人員需要產生超短的光脈沖，這種方法類似于使用短快門速度來捕捉相機的快速運動，或者頻閃光使動作在定格動畫中顯得凍結的方式。直到1980年代，科學家們還無法產生短于飛秒或一千阿秒的光脈沖。

通過組合不同波長的短光波可以產生較短的光脈沖，根據材料諾貝爾委員會提供。在1987年的一項實驗中，L'Huillier和她在法國的同事通過向惰性氣體發射紅外激光來實現這一點。當光與氣體中的電子相互作用時，它使它們釋放出各種更高波長的光脈沖，稱為泛音。以正確的方式組合泛音可以產生只有幾百阿秒長的短光脈沖。

在L'Huillier的研究基礎上，2001年，法國的Agostini和同事成為第一個產生阿秒級光脈沖的人。自然新聞'大衛·卡斯特爾維奇和凱瑟琳·桑德森。在他們的實驗中，他們將激光分成兩束，一束穿過氣體以獲得一系列極短的脈沖，并將該波與第二束激光重新組合。這種方法使他們能夠測量脈沖的長度，每個脈沖只有250阿秒。

同樣在2001年，奧地利的Krausz及其同事發現了一種分離持續650阿秒的單個脈沖的方法。

這些科學家的研究表明，如此短的脈沖可以測量并用于實驗。Agostini和Krausz開發的技術是當今科學家使用的技術，Larsson在獎項公布.今天產生的最短脈沖只有幾十阿秒長。

“這項研究的動力是非常基本的——我們能創造短脈沖嗎？我們能用它做什么？”L'Huillier在新聞發布會上說，根據自然新聞.“我們需要時間才能達到我們開始看到醫學，半導體工業和化學應用的地步。

然而，現在，這些技術已被用于研究光電效應，即當光撞擊原子時電子的發射，以及量子隧穿，或者當電子穿過經典力學認為它們不應該有足夠的能量通過的屏障時，寫道。科學新聞'艾米麗·康諾弗和詹姆斯·R·里奧登。

“產生阿秒光脈沖的能力在很小的時間尺度上打開了大門，”諾貝爾委員會成員伊娃·奧爾森在公告中說。“它也打開了通往電子世界的大門。

在獲得諾貝爾物理學獎的224人中，L'Huillier是第五位女性，也是自2018年以來的第三位女性。自然新聞.