神奇光之镊子

　　昨天的发布会推迟了5分钟，原因是会前诺贝尔奖颁奖委员会致电阿瑟·阿什金时遭到了采访拒绝。这位96岁的科学家“正忙着写激光论文”。阿什金教授被称作“光学捕获”之父，曾在贝尔实验室工作40年，此次获奖正是由于他发明的“光学镊子”及其在生物系统中的应用。这把“光镊”源于上世纪60年代阿什金的好奇心——光很暖，它有“力气”抓住物体吗？阿什金照亮微米尺寸的透明球体，小球神奇地移动并集中到光束中间。于是他成为第一个观察到原子上的光学梯度力、激光冷却原子、观察原子光学俘获的人。他还将这项工作扩展到了捕获和操纵细菌、病毒和细胞等生物材料，为理解生命奠定基础。今天，光镊推动的应用已经不计其数，它像镊子一样却“隔空”完成观测、翻转、切割和推拉研究对象，被用来“看”和“摸”，研究细胞的内部运作等。

　　让激光变更强

　　除了利用激光“操控”物质，让激光变得“超强”也一直是科学家们努力的方向。“上世纪80年代，斯特里克兰和莫罗发明了啁啾脉冲放大技术（CPA），将短脉冲激光像弹簧一样前后拉伸，脉宽大大增加而峰值功率大大下降，进一步放大激光能量，不会损伤介质，再压缩回去，可让光强提高很多量级，产生短而强的脉冲。”上海交通大学激光等离子体实验室陈民教授解释。CPA技术开启了物理、化学和医学中多个研究领域和应用的大门。超短脉冲强激光为人类认知极端世界提供了新“手段”， 可以在实验室里探究宇宙，也可以“看见”飞秒甚至阿秒时间尺度内发生的过程。

　　师徒俩人和上海缘分不浅，曾多次来访中国科学院上海光机所。莫罗还是中科院爱因斯坦讲席教授，参与我国“极端光物理线站（SEL）100拍瓦激光研制计划”的论证。莫罗和上海交大激光等离子体团队成员已开展了多年的合作研究，联合署名发表多篇论文。更重要的是，建设中的科创“国之重器”——上海超强超短激光装置（SULF），便建立在这两位“新科”诺奖得主提出的CPA技术基础上。

　　斯特里克兰是历史上第三位获得诺贝尔物理学奖的女性，她的获奖让大家将目光投向物理学领域辛勤耕耘的女性研究者。莫罗更是特别，物理圈流传着一则超强激光计划的科普视频，莫罗穿上实验服戴上炫酷的激光护目镜，在歌声中轻舞。

　　未来更闪亮

　　科学家们普遍认为，超强激光光源研究正处于取得重大科技突破和开拓重大应用的前夜，国际竞争异常激烈。但这也是我国科学家可望取得重大突破并在国际上跻身最前列的前沿科技领域。

　　早在2015年，在沪举行的香山科学会议上，莫罗等与会专家充分肯定了建设10拍瓦乃至更高量级的超强激光光源的意义。科学家们表示，中国在超强激光装置的研制方面有很好的基础和特色，前景看好。上海没有辜负期望。2016年SULF成功实现5拍瓦激光脉冲输出，达到当时国际领先水平；2017年又成功实现10拍瓦激光放大输出，是目前国际最高激光脉冲峰值功率。SEL100拍瓦激光研制计划，是“十三五”国家重大科技基础设施项目“硬X射线自由电子激光装置”的组成部分，去年通过了莫罗等10余位国际著名学者组成的专家组论证，大家认为该装置将带来众多科学发现机会。

　　上海交大也正酝酿在李政道研究所建设15拍瓦强激光装置。这些装置的建成，将更进一步提升人类对极端物质世界的认知水平。“上海交大张杰院士领衔的强场激光物理团队正在基于此开展多项工作：比如研制有望比传统加速器小1000倍的超小型低造价激光加速器和辐射源；在实验室利用强激光等离子体作用模拟天体现象；此外，探索利用该类激光装置研究新型聚变途径，为解决人类终极能源问题而努力等等。”陈民说。

　　将来，超短超强激光将进一步推动人类对真空的认识，也许在不久的将来就可以实现“无中生有”，利用强激光在真空里产生出物质。

　　本报记者  易蓉