Intervija ar Nobela prēmijas laureāti Anne L'Huillier, atklājot viņas redzējumu par attosekundes lāzera impulsu

2023. gada Nobela prēmija fizikā tika piešķirta Annei L'Huillier un viņas diviem kolēģiem Pjēram Agostini un Ferencam Kraušam, un pavisam nesen Bertolda Leibinera stipendija kodolfiziķim piešķīra Bertolda Leibinera nākotnes balvu. Leibinger nākotnes balva. Ekskluzīvā intervijā Anne L'Huillier, kura tikko saņēmusi Nobela prēmiju fizikā, stāsta par atosekundes lāzera impulsu pētījumiem.
J: Prof. L'Huillier, ja jūs būtu pie bārbekjū un kāds jums jautātu, ar ko jūs nodarbojaties, ko jūs teiktu?
L＇Hiljē: Parasti es teiktu, ka es galvenokārt strādāju lāzerfizikas un atomfizikas jomā. Mūsu komanda var izgaismot ar ļoti, ļoti īsiem lāzera gaismas impulsiem, kas ļauj fotografēt dažus procesus, kas pārvietojas ļoti ātri, piemēram, tos, kas saistīti ar elektronu kustību. To var uzskatīt par to, ko dara parastas kameras zibspuldze.
J: Kad jūs sakāt "ļoti, ļoti īss", vai jūs domājat ......?
L＇Huillier: tikai dažas attosekundes gari lāzera impulsi.
J: Vai varat īsi aprakstīt attosekundi?
L＇Hiljē: Patiesībā to ir ļoti grūti aprakstīt. Es domāju, ka varētu būt vieglāk saprast analoģiju: 1 attosekunde ir 1 sekunde, kas 1 sekunde ir kopējam Visuma vecumam (14 miljardi gadu). Bet es neesmu tik pārliecināts, ka šis apraksts patiešām palīdz jums saprast attosekundi.
J: Nu, tas varētu nedaudz palīdzēt.
L＇Hiljē: Mums vienmēr būs ierasta sajūta, ka attosekundi nevar uztvert cilvēkiem saprotamā laika izteiksmē. Tomēr, par laimi, mēs to varam pārbaudīt, izmantojot matemātiskās un zinātniskās abstrakcijas teorijas, kā arī eksperimentus, un no tā mēs zinām, ka 1 attosekunde=10-18 sekundes. Turklāt interesantāks jautājums nekā domāšana par attosekundes garumu ir tas, kāpēc mēs vēlamies tik mazu laika skalu.
J: Kāpēc mums ir vajadzīgi attosekundes gari impulsi?
L＇Hiljē: Tā kā daži procesi dabā ir tik ātri, ka mēs tos varam izmērīt tikai ar atosekundes gaismas impulsu palīdzību, no kuriem svarīgākais ir elektronu kustība. Jo ātrāk zibspuldze, proti, jo īsāks gaismas impulss, jo tuvāk varam vērot procesu. Mūsdienās mana pētnieku grupa joprojām koncentrējas uz vienkāršu procesu fotografēšanu atomos un ap tiem, jo ​​to ir vieglāk sasniegt. Tomēr, ja mēs spēsim panākt turpmāku progresu šajā jomā, mēs varēsim novērot elektronu kustību sarežģītākās sistēmās, piemēram, molekulās. Elektronu kustība izraisa ķīmiskas reakcijas. Kādu dienu mēs varēsim izmērīt šīs sākotnējās kustības.
J: Un ko tad?
L＇Huillier: Mērīšana ir pirmais solis ceļā uz kontroli. Tātad ilgtermiņā mūsu lielākais mērķis ir spēt kontrolēt ķīmiskās reakcijas elektronu līmenī.
J: Kontrolējiet to un izmantojiet to kādam nolūkam?
L'Huillier: Man ir grūti paredzēt, kur tas tiks izmantots vai ko tas mainīs nākotnē, bet tas ir pamata pētījums.
Profesores Annes L'Huillier pētnieku grupa Lundē, Zviedrijā, izmanto femtosekundes lāzerus, lai radītu augstas harmonikas gaismas impulsus. Pēc tam šos impulsus izmanto, lai ģenerētu attosekundes lāzera impulsus, lai vizualizētu atomu procesus
J: 1987. gada eksperimentā jūs atklājāt augstās harmonikas, kas ir priekšnoteikums attosekundes impulsu ģenerēšanai.
L＇Hiljē: Jā, tā bija apburoša sakritība. Tas ir vislabākais, ja atklājat kaut ko tādu, kas jūs pārsteidz! Tas nozīmē, ka kaut kas gaida, kad jūs to labosit. Tas, ko mēs toreiz patiešām gribējām darīt, bija bombardēt cēlgāzes ar spēcīgu lāzeru un izpētīt fluorescences efektu. Izrādījās, ka spēcīgākā procesā novērotā gaisma nebija fluorescence, bet gan augsta lāzera frekvences harmonika, atklājums, kas mainīja manu zinātnisko karjeru. Ar augstu harmoniku ģenerēšanu bija iespējams ģenerēt attosekundes impulsus. To es daru vēl tagad.
J: Vai ir iespējams izveidot vismaz garīgo priekšstatu par augstu harmoniku paaudzi?
L＇Hiljē: Jā! Man ir labāks salīdzinājums nekā attosekunde un Visuma vecums. Izlaižot lociņu cauri vijoles stīgām, iegūsit ne tikai tīros toņus (tīro toņu frekvences), bet arī citas frekvences. Mūzikā šīs frekvences sauc par virstoņiem, un tās piešķir toņa krāsu; virstoņus sauc arī par harmoniskām. Līdzīgi notiek, ja noteiktos apstākļos pakļaujat gāzi femtosekundes lāzera impulsam, kas rada jaunas lāzera frekvences ar īsākiem viļņu garumiem. Varētu teikt, ka augstākās harmonikas ir lāzerfizikas virstoņi.
J: Ko var darīt augstas harmonikas gaismas impulss?
L＇Huillier: Varat tos izmantot, lai ģenerētu attosekundes impulsus, taču tie ir noderīgi arī paši par sevi. Pašlaik mēs sadarbojamies ar litogrāfijas un metroloģijas iekārtu ražotāju pusvadītāju nozarei, lai pusvadītāju mikrostruktūru pārbaudei izmantotu augstas harmonikas. Tas ir ļoti taustāms projekts tādam cilvēkam kā es, kas veic fundamentālus pētījumus. Esmu pārsteigts un gandarīts, ka mūsu darbs ir sabiedrībai noderīgs.
Profesore Anne L＇Huillier palīdzēja noteikt attosekundes lāzeru fiziku. Šis darbs drīzumā var apgaismot elektronikas pasauli.
J: Vai jūsu pētījumi ir veicinājuši arī lāzertehnoloģiju attīstību?
L＇Huillier: Protams, mūsu darbs attosekundes fizikā pēdējo desmitgažu laikā ir turpinājis iedvesmot lāzeru ražotājus izstrādāt jaunus un labākus ultraīsu impulsu lāzerus. Protams, mēs gūstam labumu arī no labākiem staru avotiem. Jo labāks ir sākotnējais lāzera avots, jo labāk, jo augstākas harmonikas spēs radīt attosekundes impulsus. Mums tas rada turpmākus tehnoloģiskus sasniegumus, piemēram, jaunas diagnostikas un mērīšanas metodes USP lāzertehnoloģiju jomā – citiem vārdiem sakot, mēs turpinām viens otru iedvesmot. Bet bez šīm patīkamajām blakusparādībām manā darbā ir vēl kaut kas, kas man ir ļoti svarīgs.
J: Kas vēl jums ir ļoti svarīgs?
L＇Hiljē: Es esmu pētnieks, bet arī skolotājs. Tas nozīmē, ka es varu mācīt daudz gaišu jauniešu un vērot, kā viņi aug un bagātina savu pieredzi, kas, manuprāt, ir mans lielākais ieguldījums.
Lietotāja Anne L'Huillier profils
Anne L'Huillier, dzimusi Parīzē 1958. gadā, ir franču fiziķe un šobrīd Lundas universitātes atomfizikas profesore. Viņa bija viena no galvenajām personām attosekundes fizikas pētniecības jomas izveidē un ir saņēmusi daudzus apbalvojumus. Šī gada sākumā viņa saņēma Bertolda Leibingera nākotnes balvu par saviem pētniecības sasniegumiem, un tikai dažas dienas vēlāk viņai kopā ar Pjēru Agostini un Ferencu Kraušu tika piešķirta 2023. gada Nobela prēmija fizikā.