“超高速摄像机”捕获电子运动，阿秒激光技术摘得诺奖

“超高速摄像机”捕获电子运动，阿秒激光技术摘得诺奖

2023年诺贝尔物理学奖授予了皮埃尔·阿戈斯蒂尼、费伦茨·克劳斯和安妮·吕利耶，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”。这一突破性技术不仅为物理学界带来了革命性的进展，更为化学反应动力学研究开辟了全新的视野。

阿秒（attosecond）是目前人类能够掌握的最短时间尺度，定义为10的负18次方秒（10^-18秒），即一亿亿分之一秒。基于这一时间尺度，科学家开发出了阿秒激光脉冲技术，这种超高速激光能够在极短时间内捕捉电子的动态过程，被誉为“超高速摄像机”，可实现对电子行为的跟踪、测量与操控。

在化学反应中，电子的运动速度极快，传统的时间分辨率技术难以捕捉其瞬时变化。而阿秒激光技术的出现，使得科学家能够首次直接观测到电子在化学反应中的实时运动，从而揭示化学反应的微观细节。

在阿秒激光技术出现之前，科学家们只能通过间接方法推断化学反应中电子的行为，得到的图像往往模糊且重叠，类似于低分辨率的“马赛克”效果。而现在，阿秒激光技术就像一台超高分辨率的摄像机，能够清晰地捕捉到电子运动的每一个细节。

2023年诺贝尔物理学奖得主之一的费伦茨·克劳斯表示：“电子运动负责产生光以及化学键的形成和断裂，从而改变生物分子的结构及其在生命系统中的功能，并负责以最快的速度处理信息……今天，我们正在使用阿秒光脉冲来更好地了解涉及电子、原子和分子的微观过程，并找出它们如何影响宏观世界。”

阿秒技术在化学反应动力学中的应用，不仅推动了基础科学研究的突破，还展现出巨大的产业应用潜力。在新材料研发领域，阿秒技术的应用尤为突出。

量子材料研究

阿秒角分辨光电子能谱是研究新型量子材料非平衡态超快动力学的关键技术。通过阿秒激光，科学家能够直接观测到材料中电子的瞬时行为，为开发新型量子材料提供了有力工具。

光伏材料创新

阿秒技术有望成为揭示光伏材料能量转换机理的重要手段。通过观测电子在光合作用中的运动过程，科学家可以优化光伏材料的设计，显著提升太阳能电池的转化效率。

生物医学突破

在生物医学领域，阿秒脉冲的高分辨率成像技术有望提升疾病的早期诊断和治疗效果。例如，通过观测蛋白质内部的电荷迁移和电荷分布变化，科学家可以更深入地理解老年痴呆症和帕金森等神经退行性疾病的分子致病机理。

随着阿秒激光技术的不断发展，其在化学反应动力学研究中的应用前景将更加广阔。未来，科学家们有望利用阿秒技术实现对化学反应的精确控制，开发出更加高效和环保的化学工艺。

中国科学院物理研究所研究员魏志义表示：“阿秒物理学让我们有机会了解电子控制的机制，为电子信息工业和医学领域的潜在应用铺平了道路。中国科学院物理研究所研究员魏志义认为，该项技术可以与超导、纳米材料、光伏产业、制药、激光医疗等领域结合，推动人类对物质结构有更深入的认识，从而带来相关革命性进展。”

阿秒技术作为一门前沿科技，正在深刻改变我们对化学反应动力学的理解。它不仅为科学家提供了一双“慧眼”，能够直接观测到化学反应的微观过程，更为新材料研发和科技创新注入了新的动力。随着技术的不断进步，阿秒技术必将在更多领域展现出其独特价值，推动人类社会迈向更加美好的未来。