專訪諾貝爾物理學獎得主皮埃爾·阿戈斯蒂尼：光學發展將擁有無限可能

每經記者：溫雅蘭 每經編輯：唐元在人工智能迅猛發展、技術創新重塑未來的當下，科技已然成為未來發展的核心關鍵詞。曾經，我們用“白駒過隙”來形容時間如同一匹白馬在狹隘的隙縫中飛快而過。如今，人類的探測器已經飛出了太陽系，而天文學家們的觀測范圍更是達到了數百億光年。去年12月，2023年諾貝爾物理學獎、化學獎、生理學或醫學獎、文學獎及經濟學獎頒獎儀式在瑞典首都斯德哥爾摩舉行。瑞典皇家科學院宣布將2023年諾貝爾物理學獎授予皮埃爾·阿戈斯蒂尼 (Pierre Agostini)、費倫茨·克勞斯 (Ferenc Krausz) 和安妮·盧利爾 (Anne L'Huillier)，以表彰他們的“為研究物質中的電子動力學而產生阿秒光脈沖的實驗方法”。至此，阿秒物理學的研究進入到了一個全新的階段，人類也擁有了新的工具來探索原子和分子內部的電子世界。為進一步了解阿秒脈沖技術的發展，探索科研人員的研究歷程，洞察科技改變世界的力量，《每日經濟新聞》記者專訪2023年諾貝爾物理學獎得主皮埃爾·阿戈斯蒂尼，探究這一世界上最前沿科技的其中奧秘。圖片來源：俄亥俄州立大學官網何為阿秒？“飛秒”曾經被認為是可以產生的閃光的極限。直到2023年諾貝爾物理學獎公布后，阿秒脈沖再次進入公眾的視野。一阿秒有多短？一阿秒之于一秒，相當于一秒之于宇宙年齡。用數據來說，一飛秒等于一千萬億分之一秒，而一阿秒等于一百億億分之一秒。在當前的實際應用中，阿秒光脈沖可用于測試物質的內部過程，并識別不同的事物。皮埃爾在接受《每日經濟新聞》記者采訪時表示，與飛秒相比，阿秒的一個特性是，能夠將高次諧波軟X射線（high harmonics soft-X-ray radiation）應用于微處理器技術，或者說相干頻率的寬度可用于醫學應用中復雜分子的指紋識別。例如在物理研究中，阿秒光脈沖可以用來研究電子在原子和分子中的超快動力學；在生物學研究中，可以幫助在癌癥早期診斷識別癌細胞的微弱信號；在材料科學中可以用于研究高溫超導材料、拓撲絕緣體和磁性材料等強關聯電子材料的電子動力學，推動新型電子器件的發展；阿秒脈沖的超短特性使其在量子信息科學和量子計算領域具有潛在應用，可能用于操縱和存儲量子信息等。“阿秒光譜學是一項尖端技術，它允許在電子的自然時間尺度上測量電子動態。它使用孤立的阿秒脈沖來探測原子、分子和固體中的電子動態。綜合來看，在電子運動觀測領域，阿秒光譜（ attosecond wide spectra）將大有可為。”談及阿秒物理學的未來發展，皮埃爾如是說。實驗成功需要努力也需要運氣實驗的結果往往具有一定的偶然性，除了努力之外，也需要一定的運氣。阿秒脈沖的物理原理可以追溯到上世紀80年代諧波的發現，但是從70年代到90年代末，阿秒脈沖的發展歷程仿佛隨機漫步。1979年的ATI（閾上電離）實驗中，數據收集的速度之快出乎皮埃爾的意料。“因為在隨后的幾個月中，即使我們更換了皮秒激光器，并將電子能譜儀升級為更高質量的半球形能譜儀，卻始終無法復現實驗結果，”皮埃爾講述說，“這種情況在實驗物理學中并不罕見。隨后我們實驗了一遍又一遍，在實驗結果得到最終確認的時候，團隊成員終于能安心睡個好覺。”直到1994年在Veniard、Taieb 和 Maquet 的計算的影響下，皮埃爾及其團隊發明了RABBITT（通過雙光子躍遷干涉重建阿秒跳動）技術的雛形，使得測量高次諧波阿秒脈沖持續時間的可能。科研道路總有“山重水復”，也有“柳暗花明”。基于高次諧波產生再結合相位匹配技術，皮埃爾在2001年獲取了阿秒光脈沖，成為首個獲取阿秒脈沖序列的學者。然而，在這項關鍵研究發表后不久，迫于法國當時的政策，剛剛年滿60歲的他不得不退休。但此時的皮埃爾并沒有選擇放棄，而是將這一挑戰視為新的起點。他離開法國，先后在加拿大、荷蘭和德國進行研究，最終在俄亥俄州立大學穩定下來，并繼續進行研究。我們常說，既來之，則安之。彼時的皮埃爾內心一定有不甘，有不滿，也有無奈。但是現在的皮埃爾很坦然地表示，如果當時可以工作到70歲，那么自己肯定會留在CEA（法國原子能和替代能源委員會）。“但是我們很難猜測哪種選擇會有更好的結果，”皮埃爾說，“我對我在美國的經歷十分滿意，也很感謝俄亥俄州立大學給予我的幫助。”如今，皮埃爾對未來的科研充滿了期待。科研人員完全可以朝著“頂點”一直攀登。他鼓勵年輕科學家們繼續在光學領域探索，無論是在微處理器技術還是醫療應用中，或是在追求記錄最小時間片的科學研究中。他相信，繼2023年諾貝爾獎之后，光學領域的需求將持續增長，為年輕科學家提供更為廣闊的舞臺。