採訪 / 何郁庭（科學推展中心執行編輯）．撰稿 / 鄭懋奇（科學推展中心特約編輯）
審訂 / 羅佩凌副研究員 (中央研究院原子與分子科學研究所)
在中研院原子與分子科學研究所的實驗室裡，一道不可見的光束閃過，捕捉那難以捉摸的自由基分子，在其稍縱即逝的瞬間，透過光譜記錄下其短暫存在的軌跡。物理背景出身的羅佩凌博士，現研究跨足化學與光電，並致力於藉由基礎物理化學研究探索大氣科學的關鍵議題，展現難得的跨領域深度與廣度。她是怎麼走上這條路，又是如何運用全球最先進的雙光梳雷射光譜技術來觀測在大氣化學中扮演關鍵角色的自由基？跟著羅博士的腳步，一探這片充滿未知的跨界新風景。
雙光梳光譜儀，突破觀測極限
自由基在大氣中扮演著關鍵角色，與氣候變遷、空氣污染等重大議題密切相關，因此長期以來一直是科學研究的焦點。然而，由於自由基具有高度反應活性，導致其生命週期極為短暫，觀測與精確定量測量始終面臨重大挑戰。中央研究院原子與分子科學研究所的羅佩凌博士，運用獨特的光譜技術，成功實現了自由基的觀測與精確定量，其實驗室亦成為全球極少數能穩定掌握此關鍵技術的團隊之一。
羅博士帶領研究團隊使用「時間分辨雙光梳光譜儀」，這是一種可同時在微秒時間尺度獲得具高光譜解析度之寬頻光譜量測的技術。由於自由基的存活時間極短，有些甚至不到毫秒，現今常用的技術，如麥克森型傅立葉轉換紅外光譜儀（FTIR）需依賴機械式移動鏡片以改變光程差，因此在光譜解析度與量測速度上受到嚴重限制。雙光梳光譜的最大優勢在於其能實現超高解析度的光譜測量，其解析度可比傳統FTIR高出4至5個數量級。在達到相同光譜解析度的情況下，數據擷取速度相比傳統FTIR系統可提升近5至6個數量級。此外，雙光梳光源為高同調雷射光，能夠進行多次反射或耦合至共振腔中，增強吸收路徑，從而大幅提升對自由基的探測靈敏度，並成功突破現有儀器無法克服的觀測瓶頸。
目前雙光梳光譜技術在國際間各領域的應用備受矚目，然而多數研究仍處於儀器開發與原理驗證階段。羅博士的研究團隊是少數能將此技術實際應用於解決關鍵科學問題的實驗室之一。他們所取得的自由基數據，將成為大氣模擬與實地觀測所依賴的重要參數，進一步提升大氣化學研究與預測的準確性。
從問題出發，才有方法：創新的關鍵
羅佩凌博士目前雖專注於物理化學與大氣科學領域的研究，但其學術歷程實則始於物理光電領域。博士班期間，她主要從事原子與分子的精密光譜測量研究，期間即已接觸並應用光頻梳雷射技術。博士後研究階段，羅博士遠赴德國馬克思普朗克量子光學研究所，在專攻雙光梳技術的實驗小組中深造，深入掌握此項先進技術。期間，她亦開始思考：如此優異的技術，是否能被應用於解決其他領域的重要科學問題？
雙光梳技術在生物學與化學領域均具有極高的應用潛力，羅博士衡量自身原子與分子精密光譜研究的背景後，判斷在物理化學層面上較易銜接，選擇專注於化學領域。儘管如此，對她而言，這仍是一個全新的起點。羅博士坦言，在過去的四、五年中，她邊做邊學，像是摸著石頭過河一樣，並在這過程中逐步摸索出如今的研究方向。回顧這段歷程，羅博士表示：「這需要時間去培養和成長，每完成一項工作，我對物理化學的理解便會更進一步。」
能獨步全球，以創新技術突破過往觀測自由基的瓶頸並非僥倖。羅博士談到目前實驗的規劃與執行時表示：「我們是以探究一個重要的科學議題為前提，特別設計我們的實驗系統。」也就是說，實驗的出發點首先需要確認欲探索的科學問題，然後量身打造解決方案，跳脫傳統框架，從而實現技術創新，突破原有限制。現今實驗室所使用的雙光梳光譜儀，正是羅博士針對氣態自由基光譜與動力學研究需求，專門設計的。
跨領域，是跨語言和跨視界
近年來，跨領域研究與合作被廣泛認為是解決複雜關鍵議題的重要途徑之一。具備不同領域研究經驗的羅佩凌博士指出：「跨領域研究中，最困難的部分在於難以真正理解其他領域的需求，因為不同領域之間使用的語言和思維方式往往大相逕庭。」舉例來說，同樣是在談高解析度光譜，物理與化學領域對高解析度的定義可能相差數個數量級，反映出因學科背景不同而產生的實驗需求與術語差異。
那麼，如何消弭跨領域合作的鴻溝呢？羅博士的作法相當務實：先做出成果。以雙光梳光譜技術量測自由基的研究為例，最初提出時，由於這項技術過於創新，她仍不免受到質疑。要如何說服物理化學領域中資深的學者，這項創新方法確實有潛力能更好地解決重要的研究問題？她花了相當多時間在物理化學跨領域研究中不斷摸索與嘗試。她認為，唯有先做出一些具體成果，才有機會說服他人相信自己的方法。
兩次獲獎，雙重肯定
獲頒吳大猷先生紀念獎，對羅博士來說不僅是一項榮譽，更是一份充滿鼓勵的肯定。羅博士一路從物理、光電領域跨足至化學與大氣科學，她認為，從原子與分子精密光譜的角度切入物理化學與大氣化學議題，有時能更精確地理解並解決問題。獲獎，意味著她多年的跨領域研究得到了物理學界前輩與同仁的認可，這對她來說是持續前進的一大動力。
此外，羅博士曾獲得Broida Prize（第36屆國際自由基研討會），這是國際自由基社群中的重要獎項。獲得這個獎項，對她而言，象徵著跨界努力獲得新領域的正式肯定，是一個意義重大的里程碑。
來自恩師的指導養分
談起過往的恩師，羅博士首先感謝博士班指導老師施宙聰教授，讓她成為「喜歡動手做」實驗室的一員。在博士班研究的四年裡，她從一塊鋁合金開始，親手打造雷射系統，負責光路設計、機械加工、電路與儀器製作、元件採購，以及實驗控制程式的撰寫，全程一手包辦。這段從無到有、事必躬親的經歷，或許正是她日後能在研究路上篳路藍縷、勇於嘗試與創新的關鍵。交大應化系的李遠鵬教授，則是她深懷感激的另一位恩師。她對學術的嚴謹態度以及物理化學研究的觀點，深受李老師的啟發。兩位老師風格迥異，卻都是她研究之路上不可或缺的養分與指引。
重要就值得！研究要慢慢破關
說起羅博士做研究的態度，倒有幾分像電玩玩家？關卡一層一層破、等級一點一點往上升。她也立刻回應：「沒錯，我是公會會長，常常帶學生去刷副本增加經驗值。」除了探索自由基的物理化學性質外，羅博士計劃進一步拓展研究範疇，探索更具挑戰性的領域，將研究擴展至更加複雜的大氣系統，涉及氣體與表面之間的多相反應以及氣溶膠等相關課題，從而深化對空氣污染和氣候變遷問題的探索。儘管這一研究方向面臨著眾多挑戰，無論是技術還是科學層面，都需要不斷突破，羅博士對此並不畏懼。只說：「我還有20、30幾年，總會做得了。」對她而言，研究除了「科學的重要性」，更是「滿足自己的好奇心」。儘管未來的研究方向困難重重，她依然認為值得慢慢解決。雖然歷程漫長，但每一步都充滿挑戰的吸引力。
羅博士同樣將她的研究精神傳承給學生，並經常勉勵他們：「當你決定要做一件事情，就應該全力以赴，力求做到最好。」面對挫折與失敗，堅持自己的想法，並努力實現目標。雖然努力不一定能保證成功，但在這個過程中，必定能夠增加成功的機會。羅博士的研究態度，猶如在遊戲中逐步闖關：當你對某個問題充滿興趣時，應該全力以赴，投入時間與精力，克服每一個挑戰，並在不斷的探索中獲得成長，最終找到屬於自己的道路。
