Упс! Не вдала спроба:(
Будь ласка, спробуйте ще раз.

Атосекундні імпульси. Хто й за що отримав Нобелівську премію з фізики

Єлизавета Гогілашвілі
Єлизавета Гогілашвілі Редакторка
4 жовтня 2023 5 хвилин читання

Нобелівський тиждень продовжується. Третього жовтня оголосили лауреатів Нобелівської премії з фізики. Ними стали науковиця та два науковці з США, Німеччини та Швеції. SPEKA обрала головне зі статті Nature про цьогорічних нобеліатів. 

Хто отримав Нобелівську премію з фізики Хто отримав Нобелівську премію з фізики

Які науковці отримали Нобелівську премію з фізики — 2023

Цього року Нобелівську премію з фізики присуджено П’єру Агостіні з Університету штату Огайо, США, Ференцу Краузу з Інституту квантової оптики імені Макса Планка в Гархінгу, Німеччина, та Анн Л’Юйє з Лундського університету, Швеція — за їхні дослідження атосекундних імпульсів світла. ЛʼЮйє — пʼята жінка, що отримала Нобелівську премію з фізики за усі роки її існування. Першою була Марія Склодовська-Кюрі. 

Фізика атосекунд дозволяє вченим розглядати найдрібніші частинки в найкоротші терміни (атосекунда становить одну квінтильйонну частку секунди або одну мільярдну наносекунди).

Переможці розробили методику для створення ультрашвидких лазерних імпульсів, які можуть бути використані для дослідження світу в найменших масштабах. Ці імпульси можна застосувати в хімії, біології та фізиці.

Атосекундна наука: за що вченим дали Нобелівську премію з фізики у 2023 році

Якщо фотографувати швидкий об'єкт, освітлюючи його короткими спалахами світла, можна побачити застигле чітке зображення — це стробоскопічний ефект. Ви могли бачити його у нічних клубах. Атосекундні світлові імпульси діють за тим самим принципом, відкриваючи світ явищ, які колись вважалися неможливими.

Історія атонауки почалася наприкінці 1980-х років, коли Л’Юйє та її колеги у дослідницькому центрі в Університеті  Париж-Сакле вивчали іонізований аргон.

Коли вони опромінювали аргон інфрачервоним лазером, газ випускав нові фотони, частота і енергія яких була вищою за частоту падаючих променів — всі ці частоти були обертонами лазерного світла, тобто рівно у 2, 3 й далі... рази більшими, як на піаніно одні й ті ж ноти у різних октавах.

Л’Юйє та інші дослідники незабаром з’ясували фізику того, як газ породжує ці «вищі гармоніки». Це призвело до відкриття реколізії: коли лазерна хвиля потрапляє на атом, електричні поля хвилі можуть відірвати електрон, залишаючи позаду позитивний іон. Але якщо хвиля має правильну частоту, її швидко осцилюючі поля негайно змінять напрямок і штовхнуть електрон назад до іона, перш ніж він встигне відлетіти кудись ще. 

Вхідний електрон часто має більше енергії, ніж потрібно для іонізації атома, і ця додаткова енергія потім вивільняється у вигляді нових високочастотних фотонів.

Розуміючи, що ці вищі частоти можуть бути використані для генерації надзвичайно коротких імпульсів, Л’Юйє розпочала програму збільшення інтенсивності вищих гармонік.

А у 2001 році команда під керівництвом П’єра Агостіні, також з Університету Париж-Сакле, була першою, кому вдалося перетворити вищі гармоніки на імпульси атосекундної шкали.

Найважливіше, що Агостіні розробив техніку вимірювання тривалості імпульсів і підтвердження того, що вони перебувають у режимі атосекунд — цього ніхто не робив раніше.

До чого тут лазерні імпульси

Спочатку атосекундні імпульси йшли у швидкій послідовності, надто близько один до одного, щоб бути корисними. Щоб використовувати їх як зонди процесів атосекундного масштабу, дослідникам потрібні були ізольовані імпульси. 

Щоб досягти цього, необхідно зробити з лазерних імпульсів, які самі по собі були дуже короткими, щонайбільше кілька тисяч атосекунд. Такі імпульси видавала лазерна установка, яку розробив німецький науковець Ференц Крауз у 1990-х роках. Під час експерименту 2001 року у Віденському університеті Крауз поєднав свій лазер із генерацією високих гармонік, щоб виробляти імпульси, які тривали лише 650 атосекунд, вперше подолавши бар’єр у 1000 атосекунд. 

У наступні роки група Крауза та інші дослідники використовували цю техніку для проведення серії піонерських наукових експериментів на атосекундному масштабі. Дослідники виміряли швидкість фотоелектричного ефекту, під час якого світло відриває електрони від атома. Фізики знали, що це складний процес, і припускали, що електрон не виділяється миттєво, але до атосекундної науки не було способу виміряти його фактичну тривалість.

Невдовзі ці методи почали застосовувати не лише до окремих атомів, а й до молекул і навіть твердих тіл і рідин. Атосекундні імпульси можуть показати, що відбувається одразу після того, як молекула втрачає електрон і стає іонізованою: решта електронів починає перегруповуватися задовго до того, як ядра атомів усвідомлюють це.Зараз дослідники працюють над поширенням цих методів на «атохімію», плануючи використовувати світлові імпульси для керування утворенням і розривом зв’язків.

«Потрібен час, щоб досягти того моменту, коли ми почнемо бачити застосування в медицині, напівпровідниковій промисловості та хімії», — зазначила ЛʼЮйє.

0
Прокоментувати
Інші матеріали

Штучний інтелект та соцмережа Ілона Маска допомагають визначити рівень депресії

Сергій Коноплицький 9 травня 2024 14:05

«Обʼєднати тисячі дівчат в спільноту». Інтерв’ю з ініціатором та керівницею STEM is FEM

Сергій Коноплицький 1 квітня 2024 15:50

Як впливає наукова фантастика на інновації: дослідження

Сергій Коноплицький 30 березня 2024 11:51

В Україні запустили INSCIENCE Business для розвитку технологій та інновацій

Богдан Камінський 22 березня 2024 16:25

Технологічне диво світу: як прокладали перший трансатлантичний кабель

Сергій Коноплицький 22 березня 2024 13:19