专访诺贝尔物理学奖得主皮埃尔·阿戈斯蒂尼：光学发展将拥有无限可能

在人工智能迅猛发展、技术创新重塑未来的当下，科技已然成为未来发展的核心关键词。

曾经，我们用“白驹过隙”来形容时间如同一匹白马在狭隘的隙缝中飞快而过。如今，人类的探测器已经飞出了太阳系，而天文学家们的观测范围更是达到了数百亿光年。

去年12月，2023年诺贝尔物理学奖、化学奖、生理学或医学奖、文学奖及经济学奖颁奖仪式在瑞典首都斯德哥尔摩举行。

瑞典皇家科学院宣布将2023年诺贝尔物理学奖授予皮埃尔·阿戈斯蒂尼 (Pierre Agostini)、费伦茨·克劳斯 (Ferenc Krausz) 和安妮·卢利尔 (Anne L'Huillier)，以表彰他们的“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”。

至此，阿秒物理学的研究进入到了一个全新的阶段，人类也拥有了新的工具来探索原子和分子内部的电子世界。

为进一步了解阿秒脉冲技术的发展，探索科研人员的研究历程，洞察科技改变世界的力量，《每日经济新闻》记者专访2023年诺贝尔物理学奖得主皮埃尔·阿戈斯蒂尼，探究这一世界上最前沿科技的其中奥秘。

图片来源：俄亥俄州立大学官网

何为阿秒？

“飞秒”曾经被认为是可以产生的闪光的极限。直到2023年诺贝尔物理学奖公布后，阿秒脉冲再次进入公众的视野。

一阿秒有多短？

一阿秒之于一秒，相当于一秒之于宇宙年龄。用数据来说，一飞秒等于一千万亿分之一秒，而一阿秒等于一百亿亿分之一秒。

在当前的实际应用中，阿秒光脉冲可用于测试物质的内部过程，并识别不同的事物。皮埃尔在接受《每日经济新闻》记者采访时表示，与飞秒相比，阿秒的一个特性是，能够将高次谐波软X射线（high harmonics soft-X-ray radiation）应用于微处理器技术，或者说相干频率的宽度可用于医学应用中复杂分子的指纹识别。

例如在物理研究中，阿秒光脉冲可以用来研究电子在原子和分子中的超快动力学；在生物学研究中，可以帮助在癌症早期诊断识别癌细胞的微弱信号；在材料科学中可以用于研究高温超导材料、拓扑绝缘体和磁性材料等强关联电子材料的电子动力学，推动新型电子器件的发展；阿秒脉冲的超短特性使其在量子信息科学和量子计算领域具有潜在应用，可能用于操纵和存储量子信息等。

“阿秒光谱学是一项尖端技术，它允许在电子的自然时间尺度上测量电子动态。它使用孤立的阿秒脉冲来探测原子、分子和固体中的电子动态。综合来看，在电子运动观测领域，阿秒光谱（ attosecond wide spectra）将大有可为。”谈及阿秒物理学的未来发展，皮埃尔如是说。

实验成功需要努力也需要运气

实验的结果往往具有一定的偶然性，除了努力之外，也需要一定的运气。

阿秒脉冲的物理原理可以追溯到上世纪80年代谐波的发现，但是从70年代到90年代末，阿秒脉冲的发展历程仿佛随机漫步。

1979年的ATI（阈上电离）实验中，数据收集的速度之快出乎皮埃尔的意料。“因为在随后的几个月中，即使我们更换了皮秒激光器，并将电子能谱仪升级为更高质量的半球形能谱仪，却始终无法复现实验结果，”皮埃尔讲述说，“这种情况在实验物理学中并不罕见。随后我们实验了一遍又一遍，在实验结果得到最终确认的时候，团队成员终于能安心睡个好觉。” 

直到1994年在Veniard、Taieb 和 Maquet 的计算的影响下，皮埃尔及其团队发明了RABBITT（通过双光子跃迁干涉重建阿秒跳动）技术的雏形，使得测量高次谐波阿秒脉冲持续时间的可能。

科研道路总有“山重水复”，也有“柳暗花明”。

基于高次谐波产生再结合相位匹配技术，皮埃尔在2001年获取了阿秒光脉冲，成为首个获取阿秒脉冲序列的学者。然而，在这项关键研究发表后不久，迫于法国当时的政策，刚刚年满60岁的他不得不退休。但此时的皮埃尔并没有选择放弃，而是将这一挑战视为新的起点。

他离开法国，先后在加拿大、荷兰和德国进行研究，最终在俄亥俄州立大学稳定下来，并继续进行研究。 

我们常说，既来之，则安之。

彼时的皮埃尔内心一定有不甘，有不满，也有无奈。但是现在的皮埃尔很坦然地表示，如果当时可以工作到70岁，那么自己肯定会留在CEA（法国原子能和替代能源委员会）。“但是我们很难猜测哪种选择会有更好的结果，”皮埃尔说，“我对我在美国的经历十分满意，也很感谢俄亥俄州立大学给予我的帮助。”

如今，皮埃尔对未来的科研充满了期待。

科研人员完全可以朝着“顶点”一直攀登。他鼓励年轻科学家们继续在光学领域探索，无论是在微处理器技术还是医疗应用中，或是在追求记录最小时间片的科学研究中。他相信，继2023年诺贝尔奖之后，光学领域的需求将持续增长，为年轻科学家提供更为广阔的舞台。