諾貝爾獎|阿秒光脈衝捕捉電子移動瞬間 3名科學家共享物理學獎

撰文:歐敬洛
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諾貝爾物理學獎10月3日揭曉,由來自美國的科學家阿戈斯蒂尼(Pierre Agostini),德國的克勞斯(Ferenc Krausz),和瑞典的呂利耶(Anne L'Huillier,暫譯)共同獲獎,以表揚他們發現利用阿秒光脈衝,捕捉電子移動的瞬間,為探索物質的原子世界帶來嶄新研究工具。

1秒對於人類來說十分短暫,但在原子的世界中,1秒能發生的事情實在太多。人類看着電子的移動,就像影片每一格合成的電影一樣:想要研究原子世界的每一格,就需要把截取時間縮小至「阿秒」,1阿秒等於10 ˉ18秒,相當於光飛越3粒氫原子的時間。

利用阿秒級的光脈衝,就能捕捉到電子抱着電子的一刻。(諾貝爾獎)

1987年,呂利耶發現把紅外線激光射進惰性氣體時,會產生許多不同的光諧。每個光諧都是一個具有特定週期,對應於激光的每個週期。這些光諧是激光與氣體中的原子發生的相互作用,激光給予電子額外的能量,發出光形成光諧。這些光譜可以閱讀出惰性氣體的特質,呂利耶的發現為接下來的突破奠定了基礎。

2001年,阿戈斯蒂尼成功產生和捕捉一系列連續的光脈衝,每個光脈衝持續時間僅為250阿秒。與此同時克勞斯正在進行另一種實驗,成功捕捉650阿秒的光脈衝。利用阿秒級的短的光脈衝,同時研究產生出來的光諧,使人類可以跟蹤無比快速的電子世界。就像高速相機允許人們記錄爆炸的氣球或高速子彈等更快的事件一樣,他們的成果為探索物質的原子世界打開了大門。

這項技術在許多不同領域都有重要作用,例如材料科學、生物醫學、光學通信等,可以用於觀察和控制超快速動態過程,如電子運動、分子振動等。阿秒光脈衝還可以用於高精度的光譜分析、超快速成像和激光加工等領域。

2022年諾貝爾物理學獎得主

2022年的諾貝爾物理學獎分別由法國物理學家阿斯佩(Alain Aspect),美國物理學家克勞澤(John Clauser)及奧地利物理學家塞林格(Anton Zeilinger)獲得,以表揚3人在量子物理學上的成就。

諾貝爾獎基金會(Nobel Foundation)9月15日宣布,由於瑞典貨幣最近貶值,2023年每項諾貝爾獎的獎金會增加至1,100萬瑞典克朗(約782萬港元)。如果一個獎項有多於一名得獎者,他們就會平分這些獎金。

各獎項得獎者公布時間表如下:

● 生理學或醫學獎:最早在歐洲中部夏令時間10月2日上午11時30分(香港時間10月2日下午5時30分)公布

● 物理學獎:最早在歐洲中部夏令時間10月3日上午11時45分(香港時間10月3日下午5時45分)公布

● 化學獎:最早在歐洲中部夏令時間10月4日上午11時45分(香港時間10月4日下午5時45分)公布

● 文學獎:最早在歐洲中部夏令時間10月5日下午1時(香港時間10月5日下午7時)公布

● 和平獎:最早在歐洲中部夏令時間10月6日上午11時(香港時間10月6日下午5時)公布

● 經濟學獎:最早在歐洲中部夏令時間10月9日上午11時45分(香港時間10月9日下午5時45分)公布