瑞典皇家科学院10月3日宣布,将2023年诺贝尔物理学奖授予皮埃尔·阿戈斯蒂尼 、费伦茨·克劳斯 和安妮·卢利尔 ,“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”。阿秒光脉冲是什么概念?未来有哪些应用前景?新京报记者就此采访了中国科学院物理所研究员梁文杰。
阿秒是时间单位。毫秒是千分之一秒,更小的单位是微秒、纳秒、皮秒、飞秒、阿秒、仄秒等,其中1阿秒相当于10⁻¹⁸秒。阿秒是人类真正在实践层面计时的最短时间单位,阿秒光脉冲相当于拍照时快门儿比以前更快了。
“我们做科研不仅要探索宏观的宇宙演化、微观的世界,也要研究更快的过程。”梁文杰解释说,阿秒光脉冲使人类研究物质运动的变化有了更快的工具,看到更细节的东西。今年诺贝尔物理学奖获得者的研究成果在工具和方法方面带给人类重大的影响力。阿秒光脉冲技术未来将对科学发现和实际应用产生影响,这种影响不可限量,因为它完全是崭新的领域。
他说,1999年,人们已经在飞秒层面看到一些化学反应过程的瞬间片段了。1阿秒等于千分之一飞秒,基于阿秒光脉冲技术,我们可以看到原子内部电子是怎么运动的。
梁文杰表示,阿秒光脉冲在2001年时首次实现测量验证,二十多年来,技术不断进步,最短相干光脉冲已经从原来的几百阿秒缩短到现在的43阿秒,各个方面的应用也在不断推进中,目前已经有三个主要方向。
在化学方面,基于阿秒光脉冲技术,未来科学家有望精确设计和控制化学反应的方向,得到最想得到的物质,减少副产物的产生。在物理学方面,可以通过阿秒光脉冲将绝缘物质变成导电物质。“现代社会,我们在更短的时间里计算处理大量的信息,比如天气预报要用到超级计算机。有了这种技术手段之后,我们可以尝试探测未来的电子器件可以做到多快。”他说。在生物学方面,阿秒光脉冲可以用于发现癌症指标。正常细胞癌变后,早期诊断和治疗非常重要,但在癌症早期时,癌变细胞的信号非常弱,成千倍衰减。在所有常规手段都检测不到时,使用阿秒光脉冲可以非常敏感地将其提取出来。
“将来阿秒光脉冲有更多的应用可能性,有赖于大家去使用这一技术,在各自领域获得新的发现。”梁文杰说。
未来,更快的仄秒光脉冲何时能够实现并得到应用?他说,目前有理论上的推测和实验上的初步证据,但尚缺乏坚实的结论。“也并非越快越好,这要与科研人员所处理的体系相关。比如研究原子外层电子运动就只需要飞秒级别,而研究原子内层电子运动则需要阿秒级别。”他说,每进入到一个新的时间尺度,肯定会给人类展开新的科学研究和实际应用的空间,但现在谈仄秒还为时过早。
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