自2014年比赛开始以来，每年，有抱负的职业生涯早期的科学家们都会在石溪大学排队竞争该大学的发现奖。这项为高风险、高回报项目提供的20万美元奖金不同于典型的研究资助，后者只能通过成堆的详尽的方法论式文书工作和专家之间漫长的讨论获得。相反，该奖项仅仅颁发给能够以最佳方式在一次高风险的10分钟公开演示中向小型评审团推介其研究的参赛者——此举旨在加强公共科学传播和推广的价值。
4月14日，四位决赛选手在石溪大学的评委面前对决，他们以快速的演讲向专家组和满座的礼堂介绍了关于耐药细菌的突破性工作、亚原子粒子的动力学、宇宙的起源等等。获奖者，石溪大学化学助理教授托马斯·艾利森，因其使用高能激光脉冲记录电子在分子中运动的“电影”的提议而获得了该奖项。艾利森与《大众科学》谈论了他的获奖演讲、向公众传达高度技术性概念的困难，以及20万美元如何使他的“分子电影”成为现实。
[以下是采访的编辑稿。]
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发现奖被誉为《创智赢家》和TED演讲的结合。 你和其他决赛选手与石溪大学的艾伦·阿尔达科学传播中心合作开发了你们的演讲，对吗？ 你能谈谈这个过程吗？
这对我来说真的很重要。 我没有太多机会与公众交流——我的实验室在地下室，他们不让我出来太多！ 我的演讲的第一个版本非常糟糕，阿尔达中心的人们告诉我了。 然后他们与我合作改进它。 Valeri Lantz-Gefroh 非常擅长不说“你应该这样做”，而只是试图让我用不同的方式解释我的工作，通过使用类比……。 我非常喜欢的一个与足球有关。 如果你想提高足球队的表现，你可能想回顾一下球队比赛的视频。 我认为，如果你想改进有机电子产品或染料敏化太阳能电池或其他依赖电荷在分子中移动的设备，你需要能够实时记录这些运动。
与在10分钟的演讲中向外行人交流相比，您在同行评审的文献中向专家受众交流您的工作方面有更多的经验。 在两者之间找到平衡是否困难？
我发现这非常具有挑战性，是的。 我习惯于与专家交谈。 我希望这些材料在专家看来是严格可接受的，但也能被我的妈妈理解。 我妈妈看了视频，她说她明白了。 我的石溪大学化学家同事菲尔·约翰逊也不认为这是胡说八道，所以我想在这两件事之间，我们找到了正确的平衡。
你会如何向你妈妈解释你的研究？
这个想法是尝试记录电子在分子中运动的电影。 我在演讲中给出的例子是电子从分子被吸入半导体。 因此，当你使用光子将电子从分子中敲出时，你可以通过分析从分子中出来的电子的模式来重建它的运动。 你所做的一切都是使用非常尖锐的紫外线脉冲，这是我们在我的实验室中产生的。 因此，我们将紫外线照射到表面上的分子上，这使得电子逸出。 我们现在只是测量逸出的那些电子的能量，而这种新的探测器将让我们记录电子的能量和角度[它们的发射角度]，这使我们能够制作图像。
为什么人们应该关心制作“电子在分子中运动的电影”？
我认为能够记录这种运动真的很令人兴奋，这种运动比你电脑中发生的任何事情快一千到一百万倍，这种运动发生在原子长度尺度上——埃米长度尺度。 这有点像是你能想象到的最小、最快的电影。
听起来您研究的技术进步是最让您兴奋的。 但是，日常应用呢？
对，所以也许有人想要一个更好的烤面包机或其他东西？ 如果你想要一个更好的烤面包机，你需要仪器来观察烤面包机是如何工作的。 如果你想要更好的设备，那么你需要能够看到控制这些设备效率的过程。
这些电影会是什么样子？ 它们会很漂亮吗？
最终结果有多漂亮可能取决于一切工作的顺利程度——数学反演过程有多干净以及信号有多干净。 它可能会非常漂亮，但美是情人眼里出西施。 我认为一个有效的实验是美丽的，仅仅从所有投入其中的事物的角度来看。 首先，我们从一个小光纤激光器开始，然后我们添加放大器，然后我们使用一个腔体，这进一步放大了激光。 当我们产生这种极紫外光时，接下来我们必须在短脉冲中将其一直送到样品，然后我们必须使泵浦光束完美地对准样品。 时机必须恰到好处。 什么都不能移动，什么都不能振动。 仅仅协调所有这些同时工作对我来说已经相当美好了。
您可能有一长串源于您工作的潜在变革性项目。 哪些项目最让您兴奋？
我已经提到了染料敏化太阳能电池，这关系到试图提高电子从分子转移到半导体的电荷转移效率。 这项工作将对这些设备产生直接影响。
另一个重要的应用是光催化。 其想法是，您在表面上有活性分子，您用紫外线激发固体中的电子，使它们上升到表面分子以驱动化学反应。 这种通用工艺可用于制造自清洁表面和涂层。 你可以想象有机分子可能会粘附在某些东西上，随着时间的推移使其变黑。 但是，如果它具有自清洁涂层，您可以通过在表面上照射紫外线来使这些有机分子反应掉。 这些东西已经存在——你可以看看建筑物和纽约州和新泽西州之间的林肯隧道中的二氧化钛自清洁涂层。
另一个潜在的应用是将水分解成氢气和氧气，这可以用于清洁燃烧。 如何使这方面的材料更便宜、无毒且可扩展？ 我不是制造这些新材料的人——我正在努力制造人们可以用来研究这些东西如何真正工作的工具，所以也许我们可以作为一个社区发明新的材料，使这些事情能够更有效地完成。