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你知道彗星的尾巴，朝向哪个方向吗？

你知道这次诺奖得主之一，是个喜欢围着红围巾开跑车的拉风汉子吗？

带着这些问题，我们走近今年诺贝尔物理学奖的获奖成果——美国物理学家阿瑟· 阿斯金(Arthur Ashkin)、法国物理学家热拉尔·穆鲁(Gérard Mourou)及加拿大物理学家唐纳·斯特里克兰(Donna Strickland)三位，在激光物理领域的突破性贡献。

彗星尾巴和鸟鸣

“这是上世纪九十年代以来，诺贝尔物理学奖第五次颁给了光学研究成果，”上海大学理学院副院长，量子光学专业陈玺教授统计。光镊和啁啾脉冲放大两项研究，分享了今年的诺贝尔物理学奖。

此次获奖名单上的第一位获得者阿瑟· 阿斯金，是提出光镊理论的第一人。看得见摸不着的光，也能成为“镊子”吗？复旦大学物理学系吴赛骏教授的答案是肯定的，因为光有“光力”。他以彗星为例，彗星大部分由非常稀薄的气体构成，而太阳光的散射将气体分子推向其照射的方向，因此在轨道上飞行的彗星，其彗尾的反方向总是指向太阳，这是光力的观察实证之一：光是有力量的。物理学上，更专业的表达是光子是有动量的。

“想象一下，如果将光聚集起来，射向一个非常小的透明玻璃球，玻璃球对光的折射改变了光的传播方向和动量，这会对小球施加一个和光偏转方向相关的反作用力，而聚焦中心是这个力的平衡点。”吴教授说，“通过调整聚焦中心的三维位置，小球也能跟着移动，这就是光镊的基本原理。”

这把光镊，如今已成为科学研究不可或缺的工具。这次诺奖颁奖词中，尤其强调其在生物领域的应用。例如对细胞和DNA分子的精确操控。由于光是“无形”的，它对实验操控对象是无损的。就在两个多月前，日本科学家开发出了利用光自由操纵人类的内源性蛋白定位的技术，在全球首次利用光成功操纵了细胞分裂(纺锤体)的排列。

另一方面，我国清华大学科学家等和其他地区科学家一起，正在探索利用光镊操控超高真空环境下纳米大小的晶体，探索宏观物体的量子力学效应。

那么，在未来，光镊有没有可能进入临床医疗领域，例如直接进入癌细胞，将其修复为健康细胞呢？吴教授对此不敢断言，他说：“虽然原则上有可行性，但相较于科学研究时的单细胞环境，人体是一个非常复杂的系统。”

对于另两位获奖者，热拉尔·穆鲁和唐纳·斯特里克兰。据了解，前者是后者的老师。他们的贡献在“啁啾脉冲放大”研究的开拓。啁啾，形容鸟叫的声音。唐代王维有诗 《黄雀痴》：“到大啁啾解游颺，各自东西南北飞。” 如此诗意的用典，到了严肃的物理学领域中，也挺有趣。

“你听过鸟叫，一声婉转鸟啼往往前部略低，后部上扬，科学家们把光比作这鸟鸣，”吴教授介绍，在物理学领域，啁啾脉冲泛指一个脉冲前沿和后沿的频率不同。将啁啾脉冲应用到的脉冲光放大技术，是出自此次两位获奖者的超短超强激光关键技术。激光是科学研究的重要工具，许多研究需要将短脉冲的功率以几何级数放大，然而峰值功率过强的脉冲光会损害光放大的晶体媒介。科学家就想出了一个非常聪明的办法——先将短的无啁啾脉冲拉伸成长的啁啾脉冲，降低其峰值功率，等放大后，再压缩回短的无啁啾脉冲。这就是啁啾脉冲放大技术的由来。

诺奖得主啥形象？开着拉风小跑车围着红围巾

获奖名单上的第二位，热拉尔·穆鲁，与上海科学家渊源不小。

“他是我们所聘请的中科院爱因斯坦讲席教授，热拉尔·穆鲁教授和自己的博士生唐纳·斯特里克兰在1985年共同发明的啁啾脉冲放大技术，在激光领域一直被誉为是诺奖级成果，这次算是众望所归。” 中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室主任冷雨欣告诉解放日报·上观新闻记者。

据介绍，这一技术使得有限的激光能量能在非常短的时间尺度上释放出来，瞬间产生非常强的激光，开辟了强场激光物理的新时代。虽然当时提出这一概念的文章发表在了影响因子不是很高的杂志上，但如今这一技术已被广泛应用于发展超强超短脉冲激光系统中。早在2010年《自然》杂志就预测未来10年激光领域可能实现5项重大突破，其中4项与超强超短激光直接相关。当年，《科学》杂志也发专文指出，“这项工作将影响每一项研究，从聚变到天体物理。”

“除了基础前沿研究领域，这一技术也已被用于工业和医疗等领域，比如新材料加工，乃至飞秒激光眼科手术等。将来这项技术也还会有更多应用，日益融入人类的生活。”冷雨欣介绍。

正因为此，超强超短激光成为了国际上激光科技的最新发展前沿与竞争重点领域。非常值得一提的是，这一技术提出没多久，中科院上海光机所就迅速跟踪了这一技术潮流，由徐至展院士开拓与发展了我国超强超短激光与强场物理领域及其重大应用研究。2013年，在徐至展院士和李儒新院士带领下，上海光机所强场激光物理国家重点实验室研制成功了当时国际最高峰值功率2拍瓦激光放大系统，此前国际最高激光峰值功率是由美国劳伦斯-利弗莫尔国家实验室1999年创造、并保持14年领先地位的1.5拍瓦。2017年10月，由中科院上海光机所和上海科技大学超强激光光源联合实验室传出喜讯：上海超强超短激光实验装置的研制工作取得重大突破，成功实现了10拍瓦激光放大输出，这是目前已知的最高激光脉冲峰值功率。

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