這是人類能掌握的最短時間尺度——她用40年追光，打開阿秒世界的大門

“1阿秒之于1秒，就如同1秒之于宇宙的年齡138億年。阿秒幾乎是目前人類能掌控的最短時間尺度。”4月18日，2023年諾貝爾物理學獎獲得者安妮?呂利耶用一個直觀比喻，帶領在場的所有聽眾進入阿秒的微觀尺度的世界。

第十四期浦江科學大師講壇昨天在復旦大學相輝堂開講。主講者瑞典隆德大學教授安妮?呂利耶也是2022年沃爾夫物理學獎獲得者，她以《阿秒脈沖的探索之旅》為題分享了她的研究歷程和最新的成果。

一場“失敗的實驗”，開啟阿秒科學的全新紀元

阿秒，即10的-18次方秒，是人類目前能掌控的最短時間尺度。在微觀世界里，分子、原子的運動要用飛秒（10的-15次方秒）尺度來觀察，而比原子更小的電子，其運動軌跡與狀態變化，唯有阿秒級的光脈沖才能精準記錄。

呂利耶的阿秒探索之旅，起點是一場“意外”的實驗。

上世紀80年代，還是年輕研究員的呂利耶，在法國薩克萊原子能和替代能源委員會搭建實驗裝置，試圖觀測強激光照射原子氣體后的熒光現象。“我們以為這是一場失敗的實驗，因為幾乎沒有觀測到預期的熒光。”但讓團隊驚喜的是，他們捕捉到了一個前所未有的物理現象——激光場的高次諧波。

“就像小提琴演奏中，當拉出一個單音，除了基音還有豐富的諧波，這讓它產生了獨特的音色。”呂利耶說，實驗結果顯示，入射激光通過氬氣后，產生了一種高次諧波。在原子與強激光場的相互作用下，這種高次諧波的頻率是入射激光頻率的奇數倍。更令人意外的是，這些高次諧波的強度并未隨著次數升高而持續下降，反而在中間形成了一段強度相近的“平臺區”。這正是阿秒光脈沖誕生的基石。

“發現了高次諧波之后幾年的時間里，我們就意識到了阿秒脈沖。但實際我們花了14年，才在實驗中測量到脈沖寬度，真正確認了它。”呂利耶說。

看見電子的運動，阿秒能給我們帶來什么？

“阿秒技術讓我們得以觀察物質內部的電子運動。”呂利耶表示。電子運動的時間尺度在阿秒量級，阿秒脈沖技術作為一種全新的時間工具，能讓人類更精準地觀測電子的微觀運動。這項技術讓人類重新理解光電效應的完整過程，破解原子、分子內部的電子動力學奧秘，為量子物理、凝聚態物理等領域打開了全新的研究維度。

如今，除了氣體高次諧波產生的阿秒源，自由電子激光也成為了生成阿秒脈沖的新方向。而在產業應用端，阿秒技術已經展現出明確的落地價值。“下一代半導體芯片的晶圓尺度將進入10納米以下，甚至可能從二維結構走向三維結構。我們可以使用高次諧波對芯片進行檢測，來確保集成電路和晶圓的精確分布。”呂利耶介紹。

此外，目前阿秒技術已經在化學領域得到廣泛應用，科學家可以通過它觀察化學反應中電子的運動軌跡，甚至實現對化學進程的精準控制。呂利耶稱，這項技術將有望在生物醫藥領域實現更多突破，為我們理解生命的微觀過程、研發新型藥物，提供全新的研究視角。

科研的不斷前行，唯熱愛可抵歲月漫長

面對急功近利的社會心態，如何保持長期主義、一直堅持下去？對呂利耶而言，答案是真心的熱愛。“近40年研究同一主題，驅動我不斷前行的，是發自內心的熱愛。在持續的研究里，我總能學到新的東西，總能不斷改進實驗、加深對這個領域的理解，這份探索的快樂，是最核心的動力。當然，還要有堅韌的性格，哪怕遇到困難，也不輕易停下腳步。”

現場有中學生提問“想要投身前沿科學研究，需要具備哪些素養”，呂利耶反復強調了兩件事，其一是對科學的熱情，其二是理論與實驗并重的思維。

“教學占了我工作50%以上，我始終認為，教學最重要的意義，就是激發年輕人對科學的熱愛，這是所有科研探索的起點。”呂利耶說，“1987年的意外發現，印證了實驗的不可替代性——它總會給你帶來完全預料不到的驚喜。而數學模擬、理論研究，又能與實驗相輔相成、相互印證，二者缺一不可。”

作為諾貝爾物理學獎歷史上第五位女性獲獎者，呂利耶對那些想要投身科學事業的女孩們給出了特別的鼓勵，“我的研究團隊里，30%以上是女性科研人員，這個比例還在不斷提升。”在她看來，科學的發展離不開多元化，更多女性投身科學，是不斷拓展科研邊界的重要力量。她也為現場有志于投身物理學研究的高中女生給出了真誠建議：保持對科學的熱愛與好奇，堅定自己的選擇，時間會給堅持最好的答案。