这半个新科诺贝尔物理学奖，33年前为上海张江超强超短激光装置奠定理论基石
今天诺贝尔物理学奖颁给了与激光相关的成果，并且由美国、法国和加拿大三国的三位科学家分享，获奖理由是：“激光物理领域的突破性发明”。
其中一半是颁给阿瑟·阿什金“用于光学镊子及其在生物系统中的应用”，这也是“光学镊子”第二次获得诺贝尔物理学奖。另一半授予杰拉德·穆鲁(Gérard Mourou)和唐娜·斯特里克兰(Donna Strickland)，“为他们生成高强度，超短光脉冲的方法”，而唐娜·斯特里克兰则是历史上第三位获得诺贝尔物理学奖的女性，前两位分别是玛丽·居里和玛丽亚·梅耶。
这些看似遥远的成果影响着并将继续影响我们的生活
阿瑟·阿什金的“光学镊子”是上世纪70年代末提出的理论，美国的物理学家朱棣文获诺奖的成果有一部分就与之相关。朱棣文是阿什金的学生，正是因为用激光冷却快速运动的原子并且利用光学镊子“抓住”那些原子而获得诺贝尔物理学奖，但这一原理却是由阿瑟·阿什金提出。“此次‘光学镊子’的成果再次获奖，确实令人有点意外，但是阿瑟·阿什金的成果的原创性确实毋庸置疑。”复旦大学物理系教授吴赛骏告诉记者。
香港大学光学博士任煜轩告诉记者，光学镊子能从更微观的角度理解原子产生的细微变化。他举了个例子，采用传统研究方式，就好像长跑时，我们可以获取一个班级的平均速度。有了“光学镊子”，我们可以将研究对象缩小到每个人的起跑速度、冲刺速度、平均成绩等。“比如蛋白质的折叠和区折叠动态变化中可能出现错误折叠，这微小的错误会导致人生病，目前难以探测。有了‘光学镊子’，我们就可以观察到蛋白质的分子变化，甚至未来可以预测疾病。”
今天诺奖委员会也表示，今年获奖的发明已经彻底改变了激光物理学。现在，人们可以用全新的眼光看待极小的物体以及令人难以置信的快速过程，这些先进的精密仪器，开辟了许多此前未开发的研究领域和众多工业、医疗应用。
而所谓超强超短光脉冲，也即超强超短激光就是峰值功率大于1太瓦 (10的12次方瓦），脉冲宽度小于100飞秒(10的负15次方秒)的激光，它的出现为人类提供了前所未有的极端物理条件与全新实验手段。自然界中只有在恒星内部或是黑洞边缘才能找到如此高能量密度、甚至超高能量密度的极端条件，但是通过杰拉德·穆鲁和唐娜·斯特里克兰的理论，就可以在实验室里创造类似环境。
“超强超短激光的应用范围就更广了。”中科院上海光机所所长，中科院院士李儒新告诉记者：“既能够为物质科学研究和生命科学以及医学研究提供最新的手段，未来在医学方面的突破则可能为癌症治疗提供新的手段。”
他说，现在世界上所有的超强超短激光实验装置，都是基于杰拉德·穆鲁和唐娜·斯特里克兰在1985年提出的这一获奖理论。可以用于探测原子内电子运动，推动材料科学与信息技术发展的阿秒脉冲源产生等，
“超强超短激光的突破性理论，还将为医学研究，尤其是癌症的治疗提供支持。”上海交通大学激光等离子体研究所的特别研究员陈民介绍称，现在用于癌症治疗的质子重离子装置仍然是基于更传统的激光理论，如果此次获得诺奖的超强超短激光理论能够在医疗领域有所突破，那将大大降低治疗成本。
频繁来上海交流的“猫肉”教授和“激光运动员”
上海光机所的“小伙伴们”获悉杰拉德·穆鲁和唐娜·斯特里克兰获奖的消息后，第一反应是“‘猫肉’教授和唐娜得奖真是实至名归”。穆鲁与上海可算是有着不解之缘。
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记者，作为中科院“爱因斯坦讲席教授”，穆鲁近三年来基本每年都会造访上海，“2016年是为了5拍瓦激光放大输出，去年是为了10拍瓦激光项目，今年四月，则是为了100拍瓦激光的立项而来”。2017年2月，《科学》杂志评述文章就引述Morou教授的评述为“中国科学家打破了最高激光脉冲峰值功率的世界纪录”。
而在2011年，同样研究超强超短激光的时任上海交通大学校长，中科院院士张杰也计划全职引进当时刚刚退休的穆鲁。穆鲁当时甚至考虑上海安家，最终因为种种原因而与上海交大失之交臂。
唐娜也曾多次来沪交流。在昨天的新闻发布会上，这位诺贝尔物理学奖历史上的第三位女科学家自称是一位“激光运动员”，因为她生活在一个充满竞争而且竞争激烈的世界，因为在这个世界里，“脉冲最短，能量最多，平均功率最高”。
上海超强超短激光位于世界前列
“我们位于张江综合科学中心的超强超短激光实验装置，就是建立在两位诺贝尔得主提出的技术原理基础上的。。”李儒新告诉记者。
2007年，上海光机所就成功研制了当时世界最高峰值功率的0.89拍瓦飞秒CPA 激光系统。其后通过进一步解决了一系列科学技术问题，于2016年获得了5拍瓦峰值功率输出，为实现10拍瓦激光脉冲输出的研制目标奠定了坚实的技术基础。
2017年10月24日，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（SULF）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，达到国际同类研究的领先水平。此次成功实现的10拍瓦激光放大输出，等于1亿亿瓦，相当于全球电网平均功率的5000倍。
作者：姜澎 郝梦夷
编辑：沈湫莎
责任编辑：许琦敏
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