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2023年诺贝尔物理学奖揭晓,专家解读阿秒光脉冲可助力癌症早期诊断

发布时间:2023-10-06       来源: 京新报       浏览量:233

北京时间10月3日下午5点45分许,瑞典皇家科学院决定将2023年诺贝尔物理学奖授予美国科学家Pierre Agostini、德国科学家Ferenc Krausz和法国/瑞典科学家Anne L’Huillier,以表彰他们“开发了产生阿秒光脉冲的实验方法,用于研究物质中的电子动力学”。

2023年的诺贝尔奖单项奖金为1100万瑞典克朗(约合人民币726.5万元),相比去年增加了100万瑞典克朗。


过去8年诺贝尔物理学奖得主名单

2022年——法美奥三位科学家Alain Aspect、John F. Clauser和Anton Zeilinger获奖,获奖理由是“进行了纠缠光子的实验,确立了贝尔不等式的违反,并开创了量子信息科学”。

2021年——美德意三位科学家因“对人们理解复杂物理系统的开创性贡献”而获奖。美籍日裔科学家Syukuro Manabe、德国科学家Klaus Hasselmann的获奖理由是“物理模拟地球气候,量化变化和可靠地预测全球变暖”;意大利科学家Giorgio Parisi的获奖理由是“发现从原子到行星尺度的物理系统的无序和波动的相互作用”。

2020年——英国科学家Roger Penrose获奖,获奖理由是“发现黑洞形成是广义相对论的一个有力预测”;另外两位获奖者是德国和美国科学家Reinhard Genzel、Andrea Ghez,获奖理由是“在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体”。

2019年——美国科学家James Peebles获奖,获奖理由是“在物理宇宙学的理论发现”;另外两位获奖者是瑞士科学家Michel Mayor和Didier Queloz,获奖理由是“发现了一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星”。

2018年——美法加三位科学家Arthur Ashkin、Gerard Mourou和Donna Strickland获奖,获奖理由是“在激光物理学领域所作出的开创性发明”。

2017年——三位美国科学家Rainer Weiss、Barry C. Barish和Kip S. Thorne获奖,获奖理由是“对LIGO探测器和引力波观测的决定性贡献”。

2016年——英美三位科学家David J. Thouless、F. Duncan M. Haldane和J. Michael Kosterlitz获奖,获奖理由是“理论发现拓扑相变和拓扑相物质”。

2015年——日本科学家Takaaki Kajita和加拿大科学家Arthur B. McDonald获奖,获奖理由是“发现了中微子振荡,表明中微子具有质量”。

诺贝尔物理学奖小知识

——截至2022年,诺贝尔物理学奖共颁发了116次,没有颁发的六年分别是1916、1931、1934、1940、1941和1942年。

——从1901年至2022年,共222人次获奖,实际获奖个人为221人,因为美国物理学家John Bardeen于1956年和1972年两次获奖。

——116次颁奖中,47次为单独获奖者,32次为2人共享,37次为3人共享。

——最年轻的获奖者是英国物理学家Lawrence Bragg,1915年因“用X射线对晶体结构的分析所作的贡献”与父亲一起获奖,时年25岁。

——最年长的获奖者是美国物理学家Arthur Ashkin,2018年因“在激光物理学领域所作出的开创性发明”获奖,时年96岁。

——221位诺贝尔物理学奖得主中,有4位女性。分别是1903年的居里夫人(居里夫人另外还获得1911年的化学奖)、1963年的Maria Goeppert-Mayer、2018年的Donna Strickland,以及2020年的Andrea Ghez。

——诺奖史上的“家庭”诺奖。

夫妇:Marie Curie和Pierre Curie夫妇获得1903年的诺贝尔物理学奖;

父子:William Bragg和Lawrence Bragg父子获得1915年的诺贝尔物理学奖;Niels Bohr获得1922年诺贝尔物理学奖,其子Aage N. Bohr获得1975年诺贝尔物理学奖;Manne Siegbahn获得1924年诺贝尔物理学奖,其子Kai M. Siegbahn获得1981年诺贝尔物理学奖;J. J. Thomson获得1906年诺贝尔物理学奖,其子George Paget Thomson获得1937年诺贝尔物理学奖。

阿秒光脉冲是什么概念?未来有哪些应用前景?新京报记者就此采访了中国科学院物理所研究员梁文杰。

阿秒是时间单位。毫秒是千分之一秒,更小的单位是微秒、纳秒、皮秒、飞秒、阿秒、仄秒等,其中1阿秒相当于10⁻¹⁸秒。阿秒是人类真正在实践层面计时的最短时间单位,阿秒光脉冲相当于拍照时快门儿比以前更快了。

“我们做科研不仅要探索宏观的宇宙演化、微观的世界,也要研究更快的过程。”梁文杰解释说,阿秒光脉冲使人类研究物质运动的变化有了更快的工具,看到更细节的东西。今年诺贝尔物理学奖获得者的研究成果在工具和方法方面带给人类重大的影响力。阿秒光脉冲技术未来将对科学发现和实际应用产生影响,这种影响不可限量,因为它完全是崭新的领域。

他说,1999年,人们已经在飞秒层面看到一些化学反应过程的瞬间片段了。1阿秒等于千分之一飞秒,基于阿秒光脉冲技术,我们可以看到原子内部电子是怎么运动的。

梁文杰表示,阿秒光脉冲在2001年时首次实现测量验证,二十多年来,技术不断进步,最短相干光脉冲已经从原来的几百阿秒缩短到现在的43阿秒,各个方面的应用也在不断推进中,目前已经有三个主要方向。

在化学方面,基于阿秒光脉冲技术,未来科学家有望精确设计和控制化学反应的方向,得到最想得到的物质,减少副产物的产生。在物理学方面,可以通过阿秒光脉冲将绝缘物质变成导电物质。“现代社会,我们在更短的时间里计算处理大量的信息,比如天气预报要用到超级计算机。有了这种技术手段之后,我们可以尝试探测未来的电子器件可以做到多快。”他说。在生物学方面,阿秒光脉冲可以用于发现癌症指标。正常细胞癌变后,早期诊断和治疗非常重要,但在癌症早期时,癌变细胞的信号非常弱,成千倍衰减。在所有常规手段都检测不到时,使用阿秒光脉冲可以非常敏感地将其提取出来。

“将来阿秒光脉冲有更多的应用可能性,有赖于大家去使用这一技术,在各自领域获得新的发现。”梁文杰说。

未来,更快的仄秒光脉冲何时能够实现并得到应用?他说,目前有理论上的推测和实验上的初步证据,但尚缺乏坚实的结论。“也并非越快越好,这要与科研人员所处理的体系相关。比如研究原子外层电子运动就只需要飞秒级别,而研究原子内层电子运动则需要阿秒级别。”他说,每进入到一个新的时间尺度,肯定会给人类展开新的科学研究和实际应用的空间,但现在谈仄秒还为时过早。

据专业医疗人才猎聘公司医疗猎头顾问介绍,在医疗运用领域,有多家机构已在积极开展阿秒光脉冲相关运用研究工作,但还都在早期。

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