■本报记者 姜澎 郝梦夷

    昨天揭晓的2018年诺贝尔物理学奖颁给了美国、法国和加拿大的三位科学家，他们因“激光物理学领域的突破性发明”分享900万瑞典克朗的奖金。

    其中一半是颁给美国科学家阿瑟·阿什金，因其发明的“光学镊子及其在生物系统中的应用”，这也是“光学镊子”第二次摘得诺贝尔物理学奖。而另一半授予了一对师生：法国科学家热拉尔·穆鲁和加拿大科学家唐娜·斯特里克兰，“为他们生成高强度超短光脉冲的方法”。唐娜·斯特里克兰也由此成为史上第三位获得诺贝尔物理学奖的女性，前两位分别是1903年获奖的玛丽·居里 （居里夫人）和1963年获奖的玛丽亚·梅耶。

    “光学镊子”见微知著洞察微观世界

    阿瑟·阿什金的“光学镊子”是上世纪70年代末提出的理论，美国华裔物理学家朱棣文的诺奖成果有一部分与之相关。朱棣文曾是阿什金在贝尔实验室时的助手，他用激光冷却快速运动的原子，并利用光学镊子 “抓住”那些原子而获奖，但这一原理是由阿什金提出。复旦大学物理系教授吴赛骏评价说：“此次光学镊子再次获奖确实令人有点意外，但阿什金在这一领域的原创性毋庸置疑。”

    香港大学光学博士任煜轩告诉记者，光学镊子能从单分子层面理解生物大分子在生命活动中产生的细微变化。就好比长跑，传统的系综研究方法只能获取运动员的平均成绩，而光学镊子可将研究对象缩小瞄准到个人，测量每个人的起跑速度、冲刺速度、平均成绩等。在生命活动过程中，蛋白质会有折叠和去折叠的动态变化，疾病发生时，蛋白质可能出现错误折叠，这种微小的错误很难用传统的系综方法探测到。

    诺贝尔奖委员会在昨天的颁奖辞中表示，今年获奖的成果彻底改变了激光物理学。现在，人们可以用全新眼光看待极小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。

    今年奖项的另一半 “超强超短光脉冲”，也即超强超短激光，指的是峰值功率大于 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甚至超高能量密度的极端条件，而通过穆鲁和斯特里克兰的理论，就可在实验室里创造类似的环境。

    上海交通大学激光等离子体研究所特别研究员陈民介绍，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，将大大降低治疗成本。

    频繁来沪交流的“猫肉”教授和“激光运动员”

    中国科学院上海光学精密机械研究所的科学家们获悉穆鲁和斯特里克兰获奖时的第一反应是：  “‘猫肉’（穆鲁的昵称）教授师徒俩得奖实至名归。”话语中，透露出老朋友之间特有的亲切。

    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，作为中国科学院 “爱因斯坦讲席教授”，穆鲁近三年几乎每年都会访问上海， “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4月则是为了100拍瓦激光的立项而来。”

    2011年，同样研究超强超短激光的时任上海交通大学校长、中科院院士张杰曾计划全职引进刚刚退休的穆鲁，穆鲁也一度考虑过安家上海。

    斯特里克兰也曾多次来沪交流。昨天的新闻发布会上，这位女科学家通过国际长途电话自称是一位 “激光运动员”，因为她生活在一个 “竞争激烈的世界”：在激光的世界里， “脉冲最短，粒子能量最多，平均功率最高”，这使得她不得不“快速运动”。

    上海超强超短激光装置位于世界前列

    “位于张江国家综合科学中心的超强超短激光实验装置，就是建立在两位诺奖得主提出的技术原理基础之上的。”中国科学院院士、上海光机所所长李儒新说，超强超短激光的应用范围相当广泛，它既能为物质科学研究和生命科学及医学研究提供最新手段，未来在医学方面的突破还可能为癌症治疗打开新窗口。

    2007年，上海光机所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基础。

    2017年10月 24日，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，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。

    据了解，目前世界上所有超强超短激光实验装置，都是基于穆鲁和斯特里克兰在30多年前提出的这一获奖理论。这些装置主要用于探测原子内的电子运动，产生推动材料科学与信息技术发展的阿秒脉冲源等。