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诺贝尔物理学奖的富矿 中国激光物理亦处于世界前沿

出品 | 新浪科技《科学大家》

撰文 | 曹则贤 科技部“973”纳米材料项目首席科学家,中国科学院物理所研究员

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北京时间10月2日,瑞典皇家科学院决定将2018年度诺贝尔物理学奖的一半授予美国科学家Arthur Ashkin 以表彰其发明光镊子(Opitcal tweezer) 技术, 另一半授予法国科学家Gerard Mourou和加拿大科学家Donna strickland (女)以表彰他们发明了可用于产生高强度超短光学脉冲的方法,即啁啾脉冲放大方法 (chirped pulse amplification, 简称CPA)。光镊子利用聚焦光束产生的力场 (力的大小一般为皮牛量级,1皮牛约等于10的负13次方公斤)来夹取微小物体,类似一个镊子,因此在颗粒物质、微纳米科学以及生物、医药等研究领域获得了广泛的应用。啁啾脉冲放大用于产生高强度、超短激光脉冲,当前激光单脉冲可达petawatt (10的15次方瓦)以上,脉冲宽度一般实验室都可达飞秒(10的负15次方秒)量级,有的实验室可做到阿秒(10的负18次方秒)。 高强度、超短激光脉冲不仅具有重要的工业和军事应用价值,由于其可以把单脉冲时域降至10的负18次方秒左右,这样的时间分辨本领开启了研究原子和亚原子层面超快过程的可能,其对基础物理的影响是不可估量的。 这次三位科学家因这两项光学技术获得诺贝尔物理奖,可以说是实至名归,令人信服。

本年度诺贝尔物理奖的一个亮点是有一位女物理学家获奖,这是诺贝尔物理奖历史上的第三位女性获奖者。此前有居里夫人因发现自发放射性而于1903年与其丈夫皮埃尔。居里分享了一半的诺奖(另一半奖给了Antoine Henri Becquerel),迈耶(Maria Goeppert-Mayer) 于1963年因发现原子核的壳层结构而与 J。 Hans D。 Jensen分享了一半的诺奖(另一半奖给了Eugene Paul Wigner)。

激光物理和激光技术一直是诺贝尔奖的富矿。自从激光被发明以来,已有一批成果获得诺奖,这包括激光发明人Charles Hard Townes, Nicolay Gennadiyevich Basov 和Aleksandr Mikhailovich Prokhorov 于1964年获奖, 1966年Alfred Kastler 因发展光学方法研究原子中的赫兹共振而获奖, 1971年Dennis Gabor 因发展全息技术获奖,1981年Nicolaas Bloembergen 和Arthur Leonard Schawlow 因对激光光谱学发展的贡献获奖,1989 年Norman F。 Ramsey 因发明分离共振场方法并将之用于原子钟而获奖,1997年 Steven Chu (朱棣文), Claude Cohen-Tannoudji和William D。 Phillips 因原子激光冷却技术获奖, 2005 年John L。 Hall 和Theodor W。 Hänsch 因光频梳技术获奖, 2017 年Rainer Weiss, Barry C。 Barish 和 Kip S。 Thorne因所谓的引力波探测而获奖,但实际上那不妨看作是光学干涉方法精确测定距离的伟大突破。

我国对激光物理和激光技术一直非常重视,此方向是我国少数长期处于世界前沿的研究领域。激光是1960年发明的,据说我国1961年就研制成功了第一台激光器。就布局而言,中国科学院在长春、西安、合肥和上海有四家专业的光学与精密机械研究所,中国科学院物理所研究等单位的超强、超短脉冲研究成果也处于世界前列。

诺奖所表彰的物理学成果的诞生,既需要从社会方面来讲深厚科学土壤的培植,也需要从科学家个人来讲长期的艰苦努力。 有鉴于此,第一位中国本土诺贝尔物理学奖得主的诞生端赖整个社会的努力,这需要我们的信心和耐心!显然,耐心是我们最缺乏的。我们当前不停地请外国人尤其是诺奖得主来做一些不咸不淡的讲座,将他们高薪聘到可有可无的位置上,就是一种焦虑的表现。什么时候我们把眼光放到科学上面,放到我们后代的教育上,放到对真正做科研的我们自己的科研人员身上,那中国人对世界科学有所贡献的日子就会到来了。

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