參考鏈接：https://www.nobelprize.org/

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了Pierre?Agostini、Ferenc?Krausz?和?Anne?L’Huillier，以表彰他們?cè)诋a(chǎn)生阿托秒（attosecond）光脈沖方面的實(shí)驗(yàn)方法，這些光脈沖用于研究物質(zhì)中電子的動(dòng)態(tài)。他們的實(shí)驗(yàn)通過(guò)激光與氣體原子的相互作用，創(chuàng)造出比以往可能的更短的光脈沖。這些極短的光脈沖能夠捕捉到電子在原子和分子內(nèi)部的極其迅速的運(yùn)動(dòng)。阿托秒是一種極其短的時(shí)間單位，其在一秒鐘內(nèi)的數(shù)量與宇宙自形成以來(lái)的秒數(shù)相同，約為138億年。這一新的研究領(lǐng)域被稱為阿托秒物理學(xué)，為我們提供了一種全新的觀察和研究物質(zhì)內(nèi)部過(guò)程的方法。

電子在光脈沖中的運(yùn)動(dòng)

電子在原子和分子中的運(yùn)動(dòng)速度極快，其位置和能量在阿托秒的時(shí)間尺度上發(fā)生變化。阿托秒是一種極其短的時(shí)間單位，其在一秒鐘內(nèi)的數(shù)量與宇宙自形成以來(lái)的秒數(shù)相同。這種極短的時(shí)間尺度使得電子的運(yùn)動(dòng)變得模糊不清，因此需要使用技術(shù)手段來(lái)捕捉或描述這些非常短暫的瞬間。高速攝影和閃光燈照明使得捕捉飛逝現(xiàn)象的詳細(xì)圖像成為可能。

利用高次諧波產(chǎn)生更短的脈沖

Anne L’Huillier 和她的同事在1987年通過(guò)將紅外激光束傳輸通過(guò)稀有氣體來(lái)產(chǎn)生和演示高次諧波。紅外光產(chǎn)生了比先前實(shí)驗(yàn)中使用的短波長(zhǎng)激光更多、更強(qiáng)的高次諧波。在一系列的文章中，L’Huillier 在90年代繼續(xù)探討這種效應(yīng)，她的結(jié)果為下一個(gè)實(shí)驗(yàn)性突破奠定了理論基礎(chǔ)。

電子的逃逸產(chǎn)生高次諧波

當(dāng)激光光進(jìn)入氣體并影響其原子時(shí)，它會(huì)引起電磁振動(dòng)，扭曲圍繞原子核的電子的電場(chǎng)。電子可以從原子中逃逸出來(lái)。然而，光的電場(chǎng)持續(xù)振動(dòng)，當(dāng)它改變方向時(shí)，一個(gè)松散的電子可能會(huì)沖回其原子的核。在電子的外出期間，它從激光光的電場(chǎng)中收集了大量額外的能量，并且為了重新附著到核上，它必須以光脈沖的形式釋放其多余的能量。這些來(lái)自電子的光脈沖就是實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的高次諧波。

電子運(yùn)動(dòng)的可接近性

阿托秒脈沖使得測(cè)量一個(gè)電子被從一個(gè)原子拉開(kāi)的時(shí)間成為可能，并且可以檢查這個(gè)時(shí)間是如何依賴于電子與原子核的緊密綁定的。阿托秒脈沖可以用來(lái)測(cè)試物質(zhì)的內(nèi)部過(guò)程，并識(shí)別不同的事件。這些脈沖已經(jīng)被用來(lái)探索原子和分子的詳細(xì)物理學(xué)，并且它們?cè)趶碾娮拥结t(yī)學(xué)的領(lǐng)域都有潛在的應(yīng)用。

關(guān)鍵研究 1

Li,?X.?F.,?l’Huillier,?A.,?Ferray,?M.,?Lompré,?L.?A.,?&?Mainfray,?G.?(1989).?Multiple-harmonic?generation?in?rare?gases?at?high?laser?intensity.?Physical?Review?A,?39(11),?5751.

論文鏈接：https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.39.5751

Readpaper鏈接：https://readpaper.com/paper/2089040881

關(guān)鍵研究 2

Ferray,?M.,?L'Huillier,?A.,?Li,?X.?F.,?Lompre,?L.?A.,?Mainfray,?G.,?&?Manus,?C.?(1988).?Multiple-harmonic?conversion?of?1064?nm?radiation?in?rare?gases.?Journal?of?Physics?B:?Atomic,?Molecular?and?Optical?Physics,?21(3),?L31.

論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-4075/21/3/001

Readpaper鏈接：https://readpaper.com/paper/2091510035

關(guān)鍵研究 3

Paul,?P.?M.,?Toma,?E.?S.,?Breger,?P.,?Mullot,?G.,?Augé,?F.,?Balcou,?P.,?...?&?Agostini,?P.?(2001).?Observation?of?a?train?of?attosecond?pulses?from?high?harmonic?generation.?Science,?292(5522),?1689-1692.

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.1059413

Readpaper鏈接：https://readpaper.com/paper/1976605764

關(guān)鍵研究 4

Hentschel,?M.,?Kienberger,?R.,?Spielmann,?C.,?Reider,?G.?A.,?Milosevic,?N.,?Brabec,?T.,?...?&?Krausz,?F.?(2001).?Attosecond?metrology.?Nature,?414(6863),?509-513.

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/35107000

Readpaper鏈接：https://readpaper.com/paper/625155668757741568

特邀作者：日本早稻田大學(xué)計(jì)算機(jī)系博士 王軍杰