“1阿秒之于1秒，就如同1秒之于宇宙的年龄138亿年。阿秒几乎是目前人类能掌控的最短时间尺度。”4月18日，2023年诺贝尔物理学奖获得者安妮・吕利耶用一个直观比喻，带领在场的所有听众进入阿秒的微观尺度的世界。
第十四期浦江科学大师讲坛昨天在复旦大学相辉堂开讲。主讲者瑞典隆德大学教授安妮・吕利耶也是2022年沃尔夫物理学奖获得者，她以《阿秒脉冲的探索之旅》为题分享了她的研究历程和最新的成果。
一场“失败的实验”，开启阿秒科学的全新纪元
阿秒，即10的-18次方秒，是人类目前能掌控的最短时间尺度。在微观世界里，分子、原子的运动要用飞秒（10的-15次方秒）尺度来观察，而比原子更小的电子，其运动轨迹与状态变化，唯有阿秒级的光脉冲才能精准记录。
吕利耶的阿秒探索之旅，起点是一场“意外”的实验。
上世纪80年代，还是年轻研究员的吕利耶，在法国萨克莱原子能和替代能源委员会搭建实验装置，试图观测强激光照射原子气体后的荧光现象。“我们以为这是一场失败的实验，因为几乎没有观测到预期的荧光。”但让团队惊喜的是，他们捕捉到了一个前所未有的物理现象——激光场的高次谐波。
“就像小提琴演奏中，当拉出一个单音，除了基音还有丰富的谐波，这让它产生了独特的音色。”吕利耶说，实验结果显示，入射激光通过氩气后，产生了一种高次谐波。在原子与强激光场的相互作用下，这种高次谐波的频率是入射激光频率的奇数倍。更令人意外的是，这些高次谐波的强度并未随着次数升高而持续下降，反而在中间形成了一段强度相近的“平台区”。这正是阿秒光脉冲诞生的基石。
“发现了高次谐波之后几年的时间里，我们就意识到了阿秒脉冲。但实际我们花了14年，才在实验中测量到脉冲宽度，真正确认了它。”吕利耶说。
看见电子的运动，阿秒能给我们带来什么？
“阿秒技术让我们得以观察物质内部的电子运动。”吕利耶表示。电子运动的时间尺度在阿秒量级，阿秒脉冲技术作为一种全新的时间工具，能让人类更精准地观测电子的微观运动。这项技术让人类重新理解光电效应的完整过程，破解原子、分子内部的电子动力学奥秘，为量子物理、凝聚态物理等领域打开了全新的研究维度。
如今，除了气体高次谐波产生的阿秒源，自由电子激光也成为了生成阿秒脉冲的新方向。而在产业应用端，阿秒技术已经展现出明确的落地价值。“下一代半导体芯片的晶圆尺度将进入10纳米以下，甚至可能从二维结构走向三维结构。我们可以使用高次谐波对芯片进行检测，来确保集成电路和晶圆的精确分布。”吕利耶介绍。
此外，目前阿秒技术已经在化学领域得到广泛应用，科学家可以通过它观察化学反应中电子的运动轨迹，甚至实现对化学进程的精准控制。吕利耶称，这项技术将有望在生物医药领域实现更多突破，为我们理解生命的微观过程、研发新型药物，提供全新的研究视角。
科研的不断前行，唯热爱可抵岁月漫长
面对急功近利的社会心态，如何保持长期主义、一直坚持下去？对吕利耶而言，答案是真心的热爱。“近40年研究同一主题，驱动我不断前行的，是发自内心的热爱。在持续的研究里，我总能学到新的东西，总能不断改进实验、加深对这个领域的理解，这份探索的快乐，是最核心的动力。当然，还要有坚韧的性格，哪怕遇到困难，也不轻易停下脚步。”
现场有中学生提问“想要投身前沿科学研究，需要具备哪些素养”，吕利耶反复强调了两件事，其一是对科学的热情，其二是理论与实验并重的思维。
“教学占了我工作50%以上，我始终认为，教学最重要的意义，就是激发年轻人对科学的热爱，这是所有科研探索的起点。”吕利耶说，“1987年的意外发现，印证了实验的不可替代性——它总会给你带来完全预料不到的惊喜。而数学模拟、理论研究，又能与实验相辅相成、相互印证，二者缺一不可。”
作为诺贝尔物理学奖历史上第五位女性获奖者，吕利耶对那些想要投身科学事业的女孩们给出了特别的鼓励，“我的研究团队里，30%以上是女性科研人员，这个比例还在不断提升。”在她看来，科学的发展离不开多元化，更多女性投身科学，是不断拓展科研边界的重要力量。她也为现场有志于投身物理学研究的高中女生给出了真诚建议：保持对科学的热爱与好奇，坚定自己的选择，时间会给坚持最好的答案。
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