2023年，瑞典隆德大学教授安妮·吕利耶（Anne LHuillier）与皮埃尔·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）和费伦茨·克劳斯（Ferenc Krausz）共同荣获诺贝尔物理学奖，以表彰他们“为研究物质中电子动力学而开发出产生阿秒光脉冲的实验方法”。

这项开创性发现推动了超快激光科学和阿秒物理的进步，让人们得以对微观世界的原子、分子和固体中的电子运动开展观测并成像。

获奖那天，吕利耶正在给一百多名学生上课，接到消息后，她并没有中断教学，而是将课程完整收尾。

“这些学生也成为了我获奖经历的一部分。”4月18日，第十四期“浦江科学大师讲坛”在复旦大学举行。吕利耶在报告“阿秒脉冲的探索之旅”中提到了这个小插曲。

吕利耶在进行报告分享。复旦大学供图，下同

意外发明超快“相机”

1阿秒是10-18秒。吕利耶打了个比方，目前可以观测到的最长时间尺度是宇宙的年龄，大约为140亿年。如果把1阿秒理解为1秒，1秒就相当于整个宇宙的年龄。

我们为什么需要研究如此短暂的一瞬？

看清自然界微观世界的粒子运动是主要目的之一。以氢原子为例，其电子绕原子核运动一周的时间大约是150阿秒。

这就意味着，要看清原子内电子的运动，就需要曝光时间短至阿秒量级的超快“照相机”。阿秒激光脉冲，就是这样的相机闪光灯。

可是，制造阿秒量级的超快光脉冲极为困难。长期以来，如何获得可控的宽带光谱，并将其压缩成稳定的超短脉冲，一直是超快光科学的重要挑战。

20世纪80年代末，当时还是法国萨克雷核研究中心年轻研究员的吕利耶，在一次实验中意外找到了解决这一问题的办法。

她用一束普通的红外激光去照射气体，发现气体发出了一种“光的泛音”——极紫外光。就像弹一下吉他弦，它不但发出基音，还发出更高频率的泛音。而且，这些“泛音”叠在一起，在时间上竟然形成了一连串阿秒级别的极短光闪。

这就是“高次谐波”现象。“让我们一起来看这张‘三步模型’示意图。”吕利耶展示了高次谐波效应产生的经典物理图像。

高次谐波在频率上覆盖了极宽的“光谱带宽”，而宽的带宽在时间上对应着极短的脉冲。她解释道，在强激光场中，一个电子从原子中被“拽出”、加速、最后撞回原子核并释放高能光子的过程中，每次回撞都会产生一个阿秒光脉冲。

高次谐波效应的发现像一个礼物，让吕利耶等科学家能够逐步创造出梦寐以求的“超高速相机”。近20年来，随着飞秒和阿秒激光技术以及相关探测技术的发展，科学家们已经具备了非常先进的阿秒脉冲产生和测量技术，实验室可以获得脉宽接近甚至短于20阿秒的光脉冲。

“阿秒脉冲就像一台超级相机，能让我们观测到许多电子运动的现象。”吕利耶指出。

一场深刻的“超快革命”

阿秒激光脉冲的诞生，也是一场深刻的“超快革命”。它将电效应中电子“瞬时”发射这一百年物理难题，转变为了一个可观测、可测量的科学课题。

通过阿秒精度的“泵浦-探测”实验，科学家们证实，光电效应并非完全瞬时发生，在不同条件下，电子逸出会出现几十至几百阿秒的延迟。这一延迟源于电子与原子核的复杂相互作用及量子隧穿效应。

如今，电子发射时间已成为可精确定量的物理参数。阿秒技术不仅将爱因斯坦的“光子”概念拓展为动态过程，也让微观世界的时间维度真正向人类敞开。

这不仅仅是观测工具的升级，更是对物质基本相互作用认知的颠覆。吕利耶说：“阿秒物理学的理念是，首先能够‘观看’原子分子在电子发射初始阶段的运动。实现后，也许下一步就能去‘控制’它们。”

如今，阿秒科学已成为汇聚多学科智慧的前沿阵地，持续驱动源头创新。在物理学中，它正帮助科学家破解高温超导、量子材料背后的电子奥秘；在化学与生物医学领域，它让直接观测电荷转移、DNA辐射损伤机制成为可能，为理解生命过程和研发新药提供了革命性的工具；在工业领域，基于阿秒的极紫外光源已开始用于纳米级半导体结构的无损检测，为下一代电子产品的制造保驾护航。

然而，从观察微观世界的粒子运动，到理解规律，再到利用这些规律来改造微观世界，仍然是一个漫长的过程，需要时间和更多观察。

“未来，我们还将朝着阿秒物理学的更深处迈进。”吕利耶对未来充满期待，“这是一个需要不断探索新事物的过程，也是科学研究最核心、最持久的驱动力。

论坛现场。

“女性多投身科学事业是非常好的趋势”

吕利耶既是一名科学家，也是一名老师。

“我的性格比较坚韧，而在研究过程中能不断学到新东西是我前进的动力。”在报告中，吕利耶简要回顾了自己的科研经历。在她看来，获得诺贝尔物理学奖更像是对一段工作长期积累的确认，而不是对某一个瞬间的突破的表彰。

谈及研究经验，吕利耶特别提及了那些不按预期发生的时刻。“比如在1987年的时候，我们当时只是想发现荧光反应，但是意外观察到了高次谐波，我认为这个故事展现了真实实验的重要性。理论和实验同样重要，这两者要互相结合。”吕利耶强调，实验结果和理论不一致，并不意味着失败，反而可能是新的科研入口。

同时，她特别关注对年轻人的培养。“教学占据了我全部工作的一半以上。”

她认为，教学可以把前沿研究成果落到实处，还能激发下一代年轻学者对科学的热情和爱好。

值得一提的是，身为全球第五位诺贝尔物理学奖女性得主，吕利耶的获奖证明了女性科学家的巨大潜力。

“我已经作过很多次讲座，以往提问的人里男性比例都比较高，但今天在这里，我发现积极参与发言的很多都是女生。”问答环节的末尾，吕利耶给出了自己身为女性科研工作者的敏锐观察，“我认为女性多投身科学事业是非常好的趋势，请大家坚持下去。”