今年的诺贝尔物理学奖，颁给了三位在“阿秒光脉冲以研究物质中电子动力学的实验方法”方面做出的贡献的科学家，分别是美国俄亥俄州立大学名誉教授皮埃尔·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）、德国马克斯·普朗克量子光学研究所教授费伦茨·克劳斯（Ferenc Krausz）和瑞典隆德大学教授安妮·呂利耶（Anne L’Huillier）。

可能大家都对这里提到的阿秒光脉冲不很理解，这个阿秒到底是多长时间呢？我们日常所用的时间（时分秒）都是60进制的，一个小时等于60分钟，一分钟等于60秒但是秒以下的时间却是十进制的，如1秒等于10分秒，1分秒等于10厘秒，1厘秒等于10毫秒，有的是直接使用千进制，1秒等于1000毫秒，1毫秒等于1000微秒，1微秒等于1000纳秒。

人们对“快”的追逐

探寻“阿秒”的定义之前，潘义明提出了一个19世纪学界颇为津津乐道的问题：赛马时，马儿在奔驰时，四条腿会同时离开地面吗？

19世纪，美国企业家和政治家利兰·斯坦福对于这个问题非常感兴趣。为了进行验证，斯坦福找到了著名的摄影师 埃德沃德·迈布里奇以寻求帮助。在他们生活的时代，录像功能还没有诞生，当时相机快门的反应时间要15秒甚至1分钟。但马儿又跑得如此之快，要进行验证极其困难。迈布里奇不仅改进了当时的快门设计，还在跑道上放了一共12处相机和机关。每当马跑到相机前，就会触发机关拍下照片，最后将12张照片拼在一起，就形成了马儿奔跑的全过程了。

通过拼接后的照片，人们找到了问题的答案：快马奔驰时，的确有那么一个瞬间四条腿会同时离开地面。后来人们在此基础上发展出了电影技术。

科研人员由此提出疑问：快马的奔驰尽管很快，但也顶多是在0.01秒的数量级。那么，如果想要观测到更快的运动呢？各种超快的事情都可能在一两飞秒（fs）之内发生，如果你的闪光灯太慢，你就会漏掉这些转瞬即逝的镜头。因此科学家们努力钻研，争分夺秒地研制更细微更精确的“时间窗”，用它来观察物质世界。

举个例子，微观世界里粒子的运动，又或者是化学反应中电子的运动的捕捉，显然就不能靠普通相机来完成，这需要更短的曝光时间。“皮秒”，“飞秒”的概念逐渐诞生。“皮秒”（10的负12次方秒）可以观测到分子转动的动力学过程，“飞秒”（10的负15次方秒）可以观测到化学键的振动动力学。利用超快光学观测这些超快现象中的动力学过程，可以加深我们对于物质和分子的理解。

十亿分之一秒的十亿分之一

10月10日下午，上海理工大学举行“阿秒是什么？解读2023年诺贝尔物理学奖圆桌论坛”，来自上海科技大学的主讲嘉宾彭鹏研究员以生动幽默的讲解，让在场师生了解了阿秒是什么、阿秒物理何以能得诺奖，以及阿秒科学的发展历程和未来前景。

“阿秒是10的负18次方秒，或者说是十亿分之一秒的十亿分之一，这是人类迄今可以直接测量的最短时间单位。这个时间到底有多短？1阿秒中，光只能从水分子的一端传播到另一端。”彭鹏研究员介绍，如果描述分子级别的运动，正常的“1秒”时间无疑太长了，比如光就可以在1秒内绕地球走七圈半。但是“有了阿秒尺度的观测装置，科学家可以看见‘光’，可以获得阿秒脉冲信息以及物质内部电子运动的信息。这是阿秒的能力，不是其他学科能够替代的。”

今年的诺奖得主安妮•吕利耶，在学界被誉为“阿秒之母”。她在1987年首次发表了关于高次谐波（HHG）的实验结果，随后沃尔夫奖得主保罗·科克姆教授提出三步模型从理论上解释了高次谐波的基本性质。直到2001年，诺奖得主皮埃尔·阿戈斯蒂尼基于HHG成功制备并表征了阿秒脉冲串，每个脉冲仅持续250阿秒。与此同时，诺奖得主费伦茨•克劳斯教授在另一实验中产生了孤立阿秒脉冲。

现场，彭鹏为大家讲述了阿秒脉冲的应用，帮助大家理解这一领域相关研究的意义。参与论坛的专家学者中，还有诺奖得主曾经的学生、同事以及合作者。他们在圆桌论坛上讲述这些诺奖得主在科研和生活中的故事，鼓励学生们学习他们的科学品质和科学精神，对研究保持热爱、执着与坚定。专家学者们表示，我国正在多处规划建设阿秒激光装置，建成后综合指标有望实现国际领先。

我国首个阿秒激光装置正在建设中

“阿秒”成为了科研人员探索电子世界的新工具。“对于科研人员来说，阿秒研究势在必得，有了阿秒，很多理科实验中的相关原子尺度内动力学过程会看的更加清楚，人们对于生物蛋白、生命现象、原子尺度等相关研究会更加精确。”潘义明说。

中科院物理研究所研究员魏志义认为，相干光脉冲从飞秒进步到阿秒，不单是时间尺度的简单进步，更重要的是将人们研究物质结构的能力，从原子分子运动推进到了原子内部，可以对电子运动和关联行为进行探测，从而引发了基础物理研究的重大革命。精密测量电子的运动，实现对其物理性质的理解，进而控制原子内电子的动力学行为是人们追求的重要科学目标之一。有了阿秒脉冲，我们就能测量甚至操纵单个微观粒子，进而对微观世界，也就是一个被量子力学主宰的世界，进行更基础更具有原理性的观察和描述。

虽然这一项研究距离普通大众的距离还有些遥远，但“蝴蝶翅膀”的煽动，必将引发科研“风暴”的来临。在我国，阿秒激光相关的研究被纳入国家重要发展方向，已经建成的相关实验系统及正在规划的科学装置，将为阿秒动力学的研究提供重要的创新手段，通过观察电子运动，成为未来时间分辨率范畴的最好“电镜”。

据公开信息，在我国位于粤港澳大湾区的松山湖材料实验室，正在规划一台阿秒激光装置。据介绍，先进阿秒激光设施由中科院物理所与中科院西光所共建、松山湖材料实验室参与建设。通过高起点设计，建设具有高重复频率、高光子能量、高通量及极短脉宽的多束线站，提供最短脉宽小于60as、最高光子能量可到500eV的超快相干辐射，并配备建设相应的应用研究平台，建成后综合指标有望实现国际领先。