图注：激光物理科学家 ( )、Jia Jha 和 Donna 来源/诺贝尔奖官方网站
北京时间10月2日下午5点52分，2018年诺贝尔物理学奖揭晓。 美国科学家阿瑟·阿什金 ( )、法国科学家杰拉德·莫罗 (Gérard ) 和加拿大科学家唐娜·斯特里克兰 (Donna ) 因其“激光物理领域的开创性发明”而获得了荣誉共享奖。 三位科学家的研究为激光物理学带来了革命性的进展，让人类获得了探索从微观世界到遥远宇宙的新视野和方法。 它还带来了物理、化学、生物学和医学等许多领域的基础和科学知识。 应用程序开发。
图注：激光源/瑞典皇家科学院官方网站
神奇光镊
昨天的新闻发布会推迟了5分钟，因为诺贝尔奖颁奖委员会在会前给阿瑟·阿什金打电话时被拒绝接受电话采访。 这位96岁的科学家拒绝了弹簧物理学家，因为他“正忙着写激光论文”。 阿什金教授被称为“光捕获”之父，已在贝尔实验室工作了40年。 该奖项归功于他“光镊”的发明及其在生物系统中的应用。
随着现代光学显微镜技术的快速发展，“看见”已经越来越不成为问题，超分辨荧光显微镜成像技术的分辨率已达到纳米级别。 然而，对于微观科学研究来说，除了“看得见”之外，还需要“触觉”。 中国科学院西安光学精密机械研究所研究员姚保利将“光镊”形容为能“触摸”微观粒子的“手”。
如今，光镊推动的应用不计其数。 它们可以像镊子一样“从远处”观察、翻转、切割、推拉，被科学家用来研究蛋白质、DNA 和细胞内部运作等生物过程。 物理学家朱棣文因使用“光镊”捕获原子而获得诺贝尔奖。 衍生的光学全息术相当于数千个镊子同时工作，可用于抗疟疾研究等中将健康血细胞与感染细胞分离。
这种“光镊”起源于阿什金在20世纪60年代的好奇心——光是温暖的，它是否具有抓取或控制物体的“力量”？ 阿什金从彩虹般的光散射中认识到，激光是用光束移动微观粒子的理想选择。 他照亮了微米大小的透明球体，这些球体神奇地移动并聚焦到光束的中间。 因此，他成为第一个观察原子上的光学梯度力的人，第一个对原子进行激光冷却的人，第一个观察原子的光学捕获的人。 他还将这项工作扩展到捕获和操纵细菌、病毒和细胞等生物材料。 这些方法探索细胞内部并操纵其内部结构，为理解人体正常和疾病状态的新方法奠定了基础。
让激光更强
除了利用激光“操纵”物质之外，让激光变得“超强”一直是科学家们努力的方向。 然而，通往超强激光器的道路并非一帆风顺。 研究人员很早就发现，对于短脉冲来说，光强度的增加是有极限的，因为当光强度达到一定程度时，就会破坏放大介质，原来的放大方法遇到了瓶颈。 “20世纪80年代，斯特里克兰和莫罗发明了啁啾脉冲放大技术（CPA）。这种方法将短脉冲激光像弹簧一样来回拉伸，大大增加了脉冲宽度，从而提高了峰值功率。在此基础上，进一步放大激光能量不会损坏放大介质，然后将激光脉冲压缩回去可以将光的强度提高多个数量级并产生短而强的脉冲。” 上海交通大学激光等离子体实验教授史陈民解释道：“利用这种超短脉冲激光与物质相互作用，可以使物质瞬间电离形成等离子体，开辟了新的研究前沿，从而推动了物理学的发展。” CPA技术不仅为强激光的开发奠定了基础，并打开了物理、化学和医学等多个研究领域和应用的大门。 就像人的手和眼睛一样，超短脉冲强激光为人类认识极限世界提供了新的途径。 它们可以在实验室里探索宇宙，让人类“看到”飞秒甚至阿秒时间。 范围内发生的过程。
两位获奖者与中国科研团队互动频繁，与上海关系密切。 师徒多次来中国科学院上海光机所讲学、参加学术会议。 莫罗还是中科院爱因斯坦讲座教授，参与了我国“极限光物理线站（SEL）100拍瓦激光器研制计划”的论证。 莫罗团队与上海交通大学激光等离子体团队几年前就开始了国际合作，并发表了多篇联合署名论文。 更重要的是，作为科技创新“国家重要武器”而正在建设的上海超超短激光装置（SULF），就是基于这两位“新科学”诺贝尔奖获得者提出的CPA技术原理。
斯特里克兰是历史上第三位获得诺贝尔物理学奖的女性。 她的获奖也让大家关注到在物理领域辛勤耕耘、贡献智慧的女性研究人员。 莫罗更为特别。 在同事眼中，这位法国科学家非常“酷”。 物理学界流传着一段关于超强激光项目的科普视频。 莫罗的团队表演得很热情。 莫罗甚至穿上了实验室外套，戴上炫酷的激光护目镜，随着歌曲摇摆起舞。
更光明的未来
科学家普遍认为，超强激光光源的研究正处于实现重大科技突破和发展重大应用的前夜。 国际竞争异常激烈。 未来将在捷克、匈牙利、罗马尼亚建设三个极强场物理研究平台，并建设多个峰值单元。 功率达到数拍瓦（10^15瓦）的激光设施。 但这也是中国科学家有望取得重大突破、成为世界最先进的前沿科技领域。
早在2015年，以“超强激光光源及其前沿应用”为主题的象山科学会议就在上海召开。 Jha 等众多超强超短激光和强场物理领域的国际知名学者出席了会议。 莫罗等与会专家充分肯定了建设10拍瓦以上超强激光光源的重要意义，并表示中国在超强激光器件研制方面具有良好的基础和特色。 期待中国科学家在这一领域有所发展。 前沿科学技术取得重大突破。
上海不负国际激光科学界的期望。 2016年8月弹簧物理学家，SULF成功实现5拍瓦激光脉冲输出，达到当时国际领先水平！ 2017年2月，国际权威学术期刊《科学》的一篇评论文章引用了莫罗教授的评论“中国科学家打破了最高激光脉冲峰值功率的世界纪录”。 2017年10月，SULF装置成功实现10拍瓦激光放大输出，达到国际同类研究领先水平和全球最高激光脉冲峰值功率。
2017年7月，激光行业又一重要会议——SEL国际专家论证会在上海召开。 极限光物理线（SEL）100拍瓦激光器研制计划是“十三五”国家重大科技基础设施项目“硬X射线自由电子激光装置”的组成部分。 经过论证，贾·莫罗等10余位国际知名学者组成的专家组对这一雄心勃勃的科研计划和实施方案给予高度认可，认为该装置可以开展真空QED现象探测、黑洞物理模拟等多项新物理研究将为科学发现带来许多机遇，也将大大拓展硬X射线自由电子激光器件的研究领域。
上海交通大学还计划在李政道研究院建设15拍瓦（10^16瓦）强大的激光装置。 这些装置的完成将进一步增强人类对极端物质世界的认识。 “上海交通大学张杰院士领导的强场激光物理团队正在基于此类激光器件开展多项工作：如开发超小型、低成本的激光加速器和辐射源，预计比传统加速器小1000倍；在实验室中利用强激光等离子体物体的作用可以模拟天体现象；此外，我们将探索利用此类激光装置来研究新的聚变途径，并努力解决人类的终极能源问题等等。”陈敏说。
该团队近日荣获香港求是基金会颁发的2018年度杰出科技成果团体奖，以表彰他们在该领域的贡献：他们基于CPA技术，进一步提出并验证了准参数放大（QPCPA）的创新理念，突破突破制约超短超强激光极限放大能力的世界性瓶颈，研发出超高动态范围超短超强激光单次信噪比测量仪器，超过国际报告最佳指标4项。 数量级，并已成功应用于我国重大国防工程。 该团队还使用极强的激光脉冲与特殊配置的目标相互作用，在实验室中创建类似于天体环境的高能量密度材料状态，以便更深入地了解重要的天体物理现象和过程。 完成的研究有助于了解空间气候对人类生产和生活的影响。 激光强场物理团队在新型等离子体加速和高强度超快辐射研究方面也取得重要进展。 所提出的电离注入机制突破了国际上激光加速应用和发展的瓶颈，大大提高了加速电子束的质量和稳定性。 。
未来，超短超强激光将进一步推进人类对真空的认识。 也许在不久的将来，利用强激光在真空中产生物质，就可以从无到有地创造物质。
新民晚报记者 易蓉
