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阿拉伯世界开辟阿秒科学前哨时间:2019-05-16 21:09:54   浏览量:11

近日,一台尖端激光设备在沙特阿拉伯最古老和最大的高校建成。这在阿拉伯世界尚属首创。该设备的启动将推进沙特成为科学领域领导者的野心,同时和要求作出一些文化调整的西方科学家建立合作关系。

沙特国王大学(KSU)位于该国首都利雅得,其阿秒科学实验室拥有一台能产生超短波光脉冲的阿秒激光器。这些光脉冲只能持续几阿秒(1阿秒=10-18秒),但它们在原子内以相似的方式快速移动时能对不可见的电子成像。阿秒激光器发明于2001年,目前存在于全球几十个地方。沙特阿拉伯的这台设备是同德国马普量子光学研究所(MPQ)和慕尼黑大学开始于2008年的一次合作的结果。其中,MPQ拥有自己的阿秒激光器。

“令人兴奋的是,阿秒科学的领军者目前正在海湾国家拥有自己的‘前哨’。”马克斯玻恩研究所原子物理学家Olga Smirnova表示。

沙特阿拉伯以其石油财富著称。不过,2002年该国政府决定将科学作为培育更加多元化的经济的关键。它的战略包括加大财政投入,并同国外领先的研究机构建立合作关系。这看上去正在奏效。根据来自荷兰莱顿大学的影响指标——SNIP(单篇文章源标准化影响指数),目前沙特阿拉伯的研究质量已经超过土耳其和伊朗。主管该国科学、技术和创新国家计划的桑特王子介绍说,科学资助从2002年起至今已经增加了一倍,同时沙特正处于力争到本世纪20年代中叶达到西方水平的良性发展中。

由来自MPQ的Ferenc Krausz领导的团队在2001年报道了第一束阿秒激光脉冲后,阿秒激光器很快成为原子物理学中最基础的工具。Krausz目前掌管阿秒科学实验室。

从此以后,激光器进入包括凝聚态系统和分子生物学在内的分子科学领域。它们被用来研究电子的移动如何激发分子结构的变化。“它们为分析物质的内部运行机制提供了近乎完美的锋利‘解剖刀’。”英国伦敦帝国学院激光物理学家John Tisch表示。

对于KSU的激光器来说,首批规划的实验之一是研究黑色素原子中的电子行为。黑色素最广为人知的功能是保护皮肤免受太阳中紫外线的伤害。没有人知道为何紫外光子在撞击分子时不能正常地打破分子中的化学键。不过,据推测,黑色素的电子能重新分配并扩散它们的能量。在KSU开展的实验将通过开发极短的高强度紫外脉冲激发电子来测试该假设,随后将利用阿秒激光器捕捉它们的移动。

同沙特阿拉伯的合作使Krausz有机会进入一个全新的领域。他将和去年来到KSU并领导其所属国家综合癌症中心的肿瘤学家Jean-Marc Nabholtz合作,运用激光器产生红外光脉冲分析癌症患者血液样品中的蛋白质和核酸。 他们的目标是寻找可能诊断癌症、预测对治疗的反应或将来癌症发生的分子“指纹”。

Krausz介绍说,这种红外光来源的价值在于一台放置在桌面上的激光器系统可以被研制出来,并在病人的床边使用。目前,这种辐射的唯一来源是同步加速器,但这需要昂贵的大型基础设备。由于Krausz在该领域拥有极少的经验,因此在德国获得对此类医学应用的资助非常困难。

女性在沙特社会和教育中的地位以及该国的人权记录,对合作成员造成了很大的挑战。在成立于1957年的KSU,男性和女性学生分布在不同的校园中。负责激光器合作KSU方面工作的Abdallah Azzeer表示,并没有规定禁止女性进入新的实验室,但男女混合同文化规范相抵触。“我们将会作出特别的安排,以确保她们拥有相同的机会。”在Azzeer看来,一种可能性是培训女博士生操作这些仪器,然后指导那些父母不想让其参加混合课堂的女性本科生。

在KSU的这段时间里,Krausz不得不适应这种在分离的环境中工作的方式。所有的授课在男生校园里进行,然后是女生校园。Krausz仍然记得第一次收到一位女学生用扩音器提出的空洞问题时极其惊讶的表情。

Krausz说,自己一直在长时间地努力思考如何同沙特阿拉伯合作。作为一名匈牙利人,1987年在他25岁时便去了西方国家。2008年晚些时候,Krausz第一次访问KSU。他被感受到的对科学的热情真正地打动了。“那感觉就像一场小的革命正在发生。”他说,“我在想如果相同的情形发生在匈牙利,我会作何感受。或许我就会留在匈牙利。”