2023年12月7日，诺贝尔物理学奖得主安妮· 吕利耶在瑞典皇家科学院出席新闻发布会（视觉中国 供图）

在2023年10月，瑞典隆德大学的安妮·吕利耶（Anne L’Huillier）与皮埃尔·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）和费伦茨·克劳斯（Ferenc Krausz）因为“为研究物质中的电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法”而共同获得了当年的诺贝尔物理学奖。

所谓“阿秒”（attosecond）是一个时间单位，它的长度相当于1×10-18秒。吕利耶教授在1987年进行的一次利用激光照射惰性气体实验中发现了“泛音”现象，从中获得启发，最终开发出持续时间达到阿秒级别的激光脉冲。这种激光脉冲成为人类研究微观世界的有力工具，堪称世界上最快的相机。

是什么原因让吕利耶教授花费数十年时间探索阿秒物理学？她希望利用世界上最快的相机进行哪些探索？作为世界上第五位获得诺贝尔物理学奖的女科学家，她对有志于进行科学研究的女性又有何建议？关于这些问题，吕利耶教授在她的办公室里接受了本刊的专访。

三联生活周刊：多年来你一直在同一个领域进行研究（超快激光和阿秒物理学）。这个领域最吸引你的地方是什么？

吕利耶：是的，我在同样的研究领域工作超过了30年。对我来说，最有趣的就是制造出极短的激光脉冲。我们希望能够利用它来观察电子在物质中的运动。我是在博士毕业之后对这个领域产生的兴趣。一开始，这个研究领域并不存在，我们只是试图理解一种刚被发现的现象。但在之后我们发现，可以利用这种现象来研究电子的运动。

三联生活周刊：一开始你是否相信可以观察到电子在物质中的运动状态？

吕利耶：实际上我们用了15年时间才有了这样的想法，即认为观测电子的行为是可能的。在一开始我们只是希望制造出尽量短的激光脉冲。我们花费了很长时间才观测到一个重要现象叫作高阶谐波（high order harmonic generation），又花了14年的时间才有能力去测量阿秒级别的激光脉冲。之后我们才利用这种激光脉冲去观察自然界中一些极快的过程。目前，我们仍然在进行这方面的工作，这个领域仍然有很多问题需要解决。

三联生活周刊：为什么观测电子的运动如此重要？

吕利耶：这样你就可以理解自然界。它涉及非常基础的问题。

三联生活周刊：你是通过激光脉冲观测到了化学反应的具体过程？

吕利耶：我的研究组主要是观测简单的原子系统，但其他研究组会观测更大的分子。他们确实也观测到了在分子中因为电子运动造成的电荷迁移。

三联生活周刊：凭借短激光脉冲，你发明了世界上最快的照相机。那么你最希望通过这个照相机去拍摄什么？

吕利耶：有很多东西我们希望进行观测。不过目前来说这还是一个非常基础的领域。我们去观测一些我们希望理解的现象，但是想要做到这点并不容易。对于一些复杂系统来说，进行计算也是非常复杂的工作。所以说在这个领域仍然需要一些时间的发展，从而能有更加实际的应用。

三联生活周刊：对你来说，你最大的梦想是能够观测到什么现象？

吕利耶：目前在这个领域进行的实践主要是在工业界。他们利用宽带辐射来控制下一代非常微小的计算机芯片。这些器件的尺寸大约只有10纳米左右，工业界已经利用这些器件制造出了下一代芯片的模型。这将是短激光脉冲的一个非常有趣的应用领域，我们拭目以待。对于阿秒激光脉冲，我们仍然在进行研究，它肯定会有某种应用，但在目前看来还需要做更多基础性的工作。

三联生活周刊：你的研究在1987年取得了突破性的进展——在使用激光照射惰性气体时发现了“泛音”现象。之后你发现可以利用这种现象来产生短激光脉冲。产生出这种现象是你有意为之还是一个意外发现？

吕利耶：这并不是一个意外，不过我们确实观察到了一些事先没有预料到的现象。我们当时是想研究这些稀有气体原子发射的荧光，但却观察到了这些高阶谐波。可以说这并不是一个意外，而是一个发现。在一开始我们也没有想到利用这种现象制造极短激光脉冲，这是在两三年之后才由其他人提出的。最初我们只是希望能够理解这种高阶谐波现象的物理学本质。

三联生活周刊：在你取得突破和最终制造出阿秒激光脉冲之间的这段时间里，最大的挑战是什么？

吕利耶：对我们来说，最大的挑战在于找到一种方法来测量激光脉冲持续的时间。最初我们对此毫无办法，后来我们发明了一种被称作“自相关”（Autocorrelation）的技术，这个过程非常的困难。

最终的解决方法是在2023年由另两位诺贝尔物理学奖得主皮埃尔·阿戈斯蒂尼和费伦茨·克劳斯提出的。这种技术叫作“互相关”（cross correlation），是利用红外脉冲本身以及电子能谱法一起进行测量，从而测量阿秒级过程的持续时间。这非常巧妙。所以当我们听到这个结果后，立即尝试在这里做类似的事情。

三联生活周刊：量子力学告诉我们，电子既是一种粒子也是一种波。现在你利用世界上最快的相机观察到了电子的运动，这是否能帮助我们理解微观世界的本质？

吕利耶：实际上，我们能够观测的是电子的一些波动特性。我们可以测量到它的振幅和相位。所以对我们来说，电子的波动特性要强于它的粒子性。

三联生活周刊：那么你如何理解所谓的“波粒二象性”？

吕利耶：对于这种量子力学的基本概念很难有非常好的直觉理解。在我的研究领域，电子受到电磁作用的束缚，在很大程度上表现的是波动性质，是一个“波包”（wave packet）。

三联生活周刊：你认为阿秒物理学在未来会如何演化？

吕利耶：我认为阿秒物理学目前处于一个非常开放的状态，可以说处于爆发的阶段，在同时向几个方向发展。目前在中国也有很多关于这个领域的研究，在化学、生物学、凝聚态物理学、量子物理、工业界等领域对此都有应用。

三联生活周刊：能否给出几个应用阿秒物理学的例子？

吕利耶：比如说我们现在正在进行的研究之一就是利用阿秒物理学理解一些量子力学效应，例如分子中的光电离（photoionization）和光解（photodissociation）效应。还有利用自动信号处理技术来测量电子的一些性质，这是一种通过研究光和物质的相互作用来研究物质的新技术。

三联生活周刊：你制造的激光脉冲已经达到了“原子单位时间”（atomic unit time，原子单位时间是量子力学中的一个自然时间单位，用于描述原子尺度上的时间过程，大约为24.2阿秒），你是否尝试进一步缩短激光脉冲的时间？

吕利耶：进一步缩短激光脉冲的时间当然是可能的，但是会非常困难。在我的研究组里，我们并没有尝试进一步缩短激光脉冲时间，而是希望利用它来进行一些基础研究。

三联生活周刊：关于短激光脉冲的持续时间，是否有一个理论上的极限？

吕利耶：我认为利用同样的现象原理，还可以将短激光脉冲的时间提高一到两个数量级（指进一步达到现在激光脉冲时间的1/10至1/100），因为我们可以得到非常宽的频谱。困难在于使这些不同的频率成分形成相位锁定，这样我们才能得到非常短的激光脉冲。这更多是一个技术上的限制，而不是一个根本性的限制。

三联生活周刊：根据“测不准原理”，在时间领域的确定性越大，在能量领域的确定性也就越小。通过极短时间的激光脉冲，可以观察到哪些奇特的物理学现象？

吕利耶：我们可以让激光脉冲达到极短的时间，但是我们会一直重复这个过程，以保持良好的光谱分辨率。这是一系列非常稳定的激光脉冲。在频域，我们的分辨率与谐波相对应，这样获得的分辨率要好得多。这是一种稍微绕过“海森堡图景”的方法，以保持相对较好的频率分辨率。

三联生活周刊：现在似乎人人都在谈论人工智能。在你的研究中有没有可能也引入人工智能工具？

吕利耶：是的，我认为人工智能可以被应用到很多应用中。我们也可能利用机器学习工具来优化一些多参数过程。目前在我的研究领域还没有太广泛地应用人工智能工具，但是显然有这样的可能。

三联生活周刊：获得诺贝尔奖对你的研究有何影响？是否让你获得了更多的资源以进行研究？

吕利耶：我必须要说，获得诺贝尔奖之后我进行研究的时间越来越少了。我不得不到处旅行，接受采访，还要进行很多的讲座。

三联生活周刊：你是历史上第五位获得诺贝尔物理学奖的女性。这五位中有三位是在21世纪获奖的。从你自身的经验来说，你认为女性在接受教育和进行研究方面还需要有哪些改善？你对于有志于进行科研的女性有什么建议？

吕利耶：要鼓励女性进行科学研究还需要很多的努力和进步。整个社会需要让那些对于科学感兴趣的女性有机会留在科学界。当然，我认为情况在不断改善，我相信在未来会有更多的女性获得诺贝尔奖。

对于那些想进行科学研究的女性，在社会上会有一种力量让你感到泄气，让你认为自己没法平衡科学研究和家庭生活。我想说，平衡研究和家庭生活是完全可能的，而且整个社会也应该帮助女性使之成为可能。如果这成为现实，我相信必定会出现更多的女性科学家。进行科学研究是一个极好的机会，科学家是一份非常好的工作。而且我认为一个性别比例平衡、成员来自不同国家的多样化的研究组对于科学研究也是有益的。