2018年10月2日揭晓的诺贝尔物理学奖，由在激光物理学领域做出杰出贡献的三位科学家共同分享。他们是“光镊之父”美国物理学家阿瑟•阿什金（Arthur Ashkin），以及合作开创“啁啾脉冲放大技术”（chirped pulse amplification，CPA）的加拿大物理学家唐娜•斯特里克兰（Donna Strickland）、法国物理学家吉拉尔•穆鲁（Gérard Mourou）。
撰文 | 金斯基
编辑 | 金庄维
相比量子纠缠、自旋霍尔效应、铁基超导体等几个颇受关注的热门方向，今年的诺贝尔物理学奖出人意料地将目光转向了比较冷门、但始终有科学家默默坚守的激光物理学领域。
激光在科学中扮演着非常重要的角色。得益于激光器的研制和激光的应用，该领域先后有数十名科学家获得过诺贝尔奖。今天，这一科学界至高荣誉，终于被授予在激光物理学领域做出奠基石般重要工作的科学家。
但即便能够驾驭激光，这几位诺奖得主也没能光速收割诺奖。他们的科研路，一样很坎坷。
上帝说要有光，我们就有了工具
美国物理学家阿瑟•阿什金被誉为“光镊之父”。出生于1922年的他如今已是96岁的高龄，刷新了诺贝尔奖得主的年龄上限——在他之前最年长的诺奖得主是奥尼德•赫维克兹（Leonid Hurwicz），在90岁时获得诺贝尔经济学奖。
阿什金发明的“光镊”技术，通过高度聚焦的激光束来操纵微米、甚至是纳米量级的介电质颗粒。该技术能够实现对超微小颗粒的精准调控。如今，光镊技术不仅在物理领域广泛应用，还在生物领域帮助深入了解细胞运动的动态过程。神奇的是，光镊力还能被用于内细胞手术中来操控活体细胞中的细胞器和其他细胞颗粒。

（图源：Pierini research group）
在半个世纪之前，人们几乎无法想象“以光为镊”的技术，这就如同痴人梦话。那么，阿什金的灵感源自何方？
据他本人回忆，二战时他在哥伦比亚辐射实验室做技术员，当时他就对光辐射压力非常感兴趣。后来他进入贝尔实验室工作，有一次读到几份报告，描述激光谐振腔内小颗粒的异常运动，便立刻联想到了光压。
他随即做了一个简单的小实验，却意外证明了激光的强大推力。这项研究最终促成了“光镊”的发明。
1970年，阿什金在《物理评论快报》发表了上述实验论文，并计划继续研究激光如何操纵原子。但是，由于没有立刻取得成功，实验室削减了他的预算资金。阿什金并没有放弃，而是“收买”了刚进入实验室的“新人”朱棣文，一起做激光捕获原子实验。
1997年，朱棣文因为发展了用激光冷却和捕获原子的方法而获得诺贝尔奖，但是当年一起合作的小伙伴阿什金却没有在得奖名单上。
“我觉得被诺贝尔奖遗忘了。”阿什金曾经沮丧地说道，“瑞典学院在他们的新闻稿中写的是错的。”
不过，错失诺贝尔奖的阿什金还是赢得了许多其他奖项。直到今天，阿什金早已退休，但仍在新泽西的家中进行实验。时间证明瑞典学院并没有遗忘他。今年，诺贝尔奖评审委员会终于把“欠了”二十多年的诺奖给了他，可谓实至名归。

阿瑟•阿什金（图源：laserfest）
三人行，必有我师
与“光镊”技术共享诺贝尔物理学奖的是“飞秒强激光脉冲”技术。而率先提出该技术理论框架的就是法国科学家吉拉尔•穆鲁。

吉拉尔•穆鲁（图源：NCRS le Journal）
吉拉尔•穆鲁的“超快激光脉冲”之旅始于1967年。彼时，那位来自法国山城格勒诺布尔的年轻人刚刚进入巴黎综合理工学院求学，研究激光频率变化方面的问题。在获得博士学位以后，他出发去加拿大拉瓦尔大学光学和激光实验室进一步研究。
几年之后，他个人预感到将有一场“激光革命”爆发。于是，他在1977年毅然离开加拿大，进入美国罗彻斯特大学成为研究激光能量的职业物理学家。当时，他的法国同事都认为他疯了，但是吉拉尔坚信，这是将“凝聚态物质、电子学和超快光子学结合起来的唯一方法”，因为他的梦想就是“给激光提供更高强的脉冲能量”。
1985年，就在罗彻斯特大学，他和当时还是他博士生的唐娜•斯特里克兰共同发表了一篇名为“压缩放大的啁啾光学脉冲”的论文。这也是唐娜的第一篇科学论文，并且成为她日后博士论文的基础文章。
他们在这篇文章里面展示了一项新技术——啁啾脉冲放大技术，有效提高了脉冲强度。这项新技术的发明掀起了激光物理学界的革命，也成为了之后所有高强度激光器的标准技术。
师徒合作的这项工作为他们带来了今日诺贝尔奖的最高荣誉。其实在诺贝尔科学奖历史上也曾有过师生合作共同获奖的先例。 2009年诺贝尔生理学或医学奖得主中的伊丽莎白•布莱克本（Elizabeth Blackburn）和卡罗尔•格雷德（Carol Greider）就是师生关系，而因为共同研究石墨烯获得2010年诺贝尔物理学奖的安德烈•海姆（Andre Geim）和康斯坦丁•诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）也是师生关系。
（小赛OS：可见找一个好导师是多么的重要……）
吉拉尔作为超短激光脉冲技术领域的先锋式科学家，在海外辗转将近三十年后，重新回到法国，在母校巴黎综合理工大学任教，并参与欧洲极限光基础设施（ELI）的开发项目，继续奋斗在科研的第一线。

（图源：ELI Beamlines）
吉拉尔不仅是一名具有革新精神的科学家，还有着跟很多法国人一样的爱好：滑雪、游泳、听音乐等等。他描述过自己在滑雪的时候，因为坐在登山椅上无所事事，身处大自然，便开始思索实验项目。就在快到山顶的时候，他突然灵光一闪，便连雪也不滑，赶紧下山，直奔实验室。
而唐娜•斯特里克兰如今任教于加拿大滑铁卢大学。她戏称自己是“激光的追光者”，沉迷于一个极其单纯，却又竞争激烈的物理世界。在这个世界里，“你要让你的激光脉冲做到更快、更短、更强！”

唐娜•斯特里克兰（图源：The Record）
斯特里克兰回忆起，当第一次参观激光实验室，看到五彩斑斓的激光犹如圣诞树一般华美时，便立刻知道自己一生都会以此为乐。与她导师合作的成果早在二十多年前就给她带来了国际声誉，但直到今天，她仍然对激光研究保持着不变的初心。幸运的是，她如今成为了诺贝尔物理学奖的第三位女性得主。
参考资料
[1] http://www.songshuyule.com/wenzhang/SZxqpd
[2] https://www.photonics.com/Articles/Ashkin_Talks_About_the_Optical_Trap_/a36444
[3] https://www.sciencemag.org/careers/2011/02/sharing-nobel-prize-36
[4] http://spie.org/newsroom/las29-morou?ArticleID=x41069
[5] https://www.eli-beams.eu/en/media-en/news/a-father-of-the-eli-project-gerard-mourou-visits-prague/
[6] https://lejournal.cnrs.fr/articles/gerard-mourou-prix-nobel-de-physique-2018
[7] https://uwflow.com/professor/donna_strickland
[8] https://uwaterloo.ca/science/news/dr-donna-strickland
[9] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0030401885901208
[10] https://www.nature.com/articles/nphoton.2011.101
[11] http://old.nobelprize.org/phy-popular.pdf
[12] www.zhishifenzi.com/depth/humanity/2113.html
文章头图及封面图片来源：Johan Jarnestad/The Royal Academy of Sciences
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