Interviu su Nobelio premijos laureate Anne L'Huillier, atrandančia jos viziją apie attosekundinį lazerio impulsą

2023 m. Nobelio fizikos premija buvo įteikta Anne L'Huillier ir jos dviem kolegoms Pierre'ui Agostini ir Ferencui Krauszui, o visai neseniai Berthold Leibinger Stiftung skyrė branduoliniam fizikui Bertholdo Leibingerio ateities premiją. Leibingerio ateities apdovanojimas. Išskirtiniame interviu Anne L'Huillier, ką tik apdovanota Nobelio fizikos premija, pasakoja apie atosekundinių lazerio impulsų tyrimus.
K: Prof. L'Huillier, jei būtumėte prie kepsninės ir kas nors jūsų paklaustų, kuo užsiimate, ką atsakytumėte?
L＇Huillier: Paprastai sakyčiau, kad daugiausia dirbu lazerių fizikos ir atominės fizikos srityse. Mūsų komanda gali apšviesti labai labai trumpais lazerio šviesos impulsais, todėl galima nufotografuoti kai kuriuos labai greitai judančius procesus, pavyzdžiui, susijusius su elektronų judėjimu. Galite įsivaizduoti tai kaip įprasto fotoaparato blykstę.
K: Kai sakote „labai, labai trumpai“, ar turite omenyje ......?
L＇Huillier: tik kelių atosekundžių ilgio lazerio impulsai.
K: Ar galite trumpai apibūdinti attosekundę?
L＇Huillier: Iš tikrųjų labai sunku apibūdinti. Manau, kad būtų lengviau suprasti analogiją: 1 atosekundė yra 1 sekundė, o 1 sekundė yra bendram visatos amžiui (14 milijardų metų). Tačiau nesu tikras, kad šis aprašymas tikrai padeda suprasti attosekundę.
K: Na, tai gali šiek tiek padėti.
L＇Huillier: Mes visada turėsime įprastą jausmą, kad attosekundė negali būti suvokiama žmonėms suprantamu laiku. Tačiau, laimei, galime tai patikrinti pasitelkę matematines ir mokslines abstrakcijos teorijas bei eksperimentus, ir iš to žinome, kad 1 atosekundė=10-18 sekundės. Be to, įdomesnis klausimas nei mąstymas apie attosekundės trukmę yra tai, kodėl norime tokios mažos laiko skalės.
K: Taigi kodėl mums reikia attosekundės ilgio impulsų?
L＇Huillier: Kadangi tam tikri procesai gamtoje yra tokie greiti, kad galime juos išmatuoti tik atosekundžių šviesos impulsų pagalba, iš kurių svarbiausias yra elektronų judėjimas. Kuo greitesnė blykstė, ty kuo trumpesnis šviesos impulsas, tuo atidžiau galime stebėti procesą. Šiais laikais mano tyrimų grupė vis dar daugiausia dėmesio skiria paprastų procesų atomuose ir aplink juos fotografavimui, nes tai lengviau pasiekti. Tačiau jei galėsime daryti tolesnę pažangą šioje srityje, galėsime stebėti elektronų judėjimą sudėtingesnėse sistemose, pavyzdžiui, molekulėse. Elektronų judėjimas sukelia chemines reakcijas. Vieną dieną galėsime išmatuoti šiuos pradinius judesius.
K: Ir kas tada?
L＇Huillier: matavimas yra pirmasis žingsnis kontrolės link. Taigi ilgalaikėje perspektyvoje didžiausias mūsų tikslas – sugebėti kontroliuoti chemines reakcijas elektronų lygyje.
Kl.: Valdykite ir kam naudosite?
L'Huillier: Man sunku nuspėti, kur jis bus naudojamas ar ką pakeis ateityje, bet tai yra pagrindiniai tyrimai.
Prof. Anne L'Huillier tyrimų grupė Lunde (Švedija) naudoja femtosekundinius lazerius, kad generuotų aukštos harmoninės šviesos impulsus. Tada šie impulsai naudojami generuoti atosekundinius lazerio impulsus, kad būtų galima vizualizuoti atominius procesus
Kl.: 1987 m. eksperimento metu jūs atradote aukštąsias harmonikas, kurios yra būtina sąlyga generuoti attosekundinius impulsus.
L＇Huillier: Taip, tai buvo puikus sutapimas. Tai geriausia, kai atrandi tai, kas tave nustebina! Tai reiškia, kad kažkas laukia, kol jį pataisysite. Tuo metu mes tikrai norėjome bombarduoti tauriąsias dujas stipriu lazeriu ir ištirti fluorescencijos efektą. Paaiškėjo, kad procese pastebėta stipriausia šviesa buvo ne fluorescencija, o aukšta lazerio dažnio harmonika – tai atradimas, pakeitęs mano mokslinę karjerą. Sukūrus aukštas harmonikas, buvo galima generuoti attosekundinius impulsus. Tą aš ir dabar darau.
Kl.: Ar įmanoma susidaryti bent mintį apie aukštą harmonikų generaciją?
L＇Huillier: Taip! Turiu geresnį palyginimą nei attosekundė ir visatos amžius. Jei perleisite lanką per smuiko stygas, gausite ne tik grynus tonus (grynųjų tonų dažnius), bet ir kitus dažnius. Muzikoje šie dažniai vadinami obertonais ir suteikia tonui spalvą; obertonai dar vadinami harmonikomis. Panašiai atsitinka, kai tam tikromis sąlygomis dujas veikiate femtosekundiniu lazerio impulsu, kuris sukuria naujus trumpesnio bangos ilgio lazerio dažnius. Galima sakyti, kad aukštesnės harmonikos yra lazerio fizikos potekstės.
K: Ką gali padaryti aukštos harmoningos šviesos impulsas?
L＇Huillier: Galite naudoti juos attosekundiniams impulsams generuoti, tačiau jie taip pat naudingi ir savaime. Šiuo metu dirbame su puslaidininkių pramonei skirtos litografijos ir metrologijos įrangos gamintoju, kad puslaidininkių mikrostruktūroms tikrinti būtų naudojamos aukštos harmonikos. Tai labai apčiuopiamas projektas tokiam žmogui kaip aš, atliekančiam pagrindinius tyrimus. Esu nustebęs ir patenkintas, kad mūsų darbas naudingas visuomenei.
Prof. Anne L＇Huillier padėjo nustatyti atosekundinių lazerių fiziką. Šis darbas netrukus gali nušviesti elektronikos pasaulį.
Klausimas: Ar jūsų tyrimai taip pat prisidėjo prie lazerinių technologijų plėtros?
L＇Huillier: Žinoma, mūsų darbas attosekundinės fizikos srityje per pastaruosius kelis dešimtmečius ir toliau įkvėpė lazerių gamintojus kurti naujus ir geresnius ultratrumpų impulsų lazerius. Žinoma, mums naudinga ir geresni spindulių šaltiniai. Kuo geresnis pradinis lazerio šaltinis, tuo geriau aukštesnės harmonikos galės generuoti attosekundinius impulsus. Mums tai veda į tolesnę technologinę pažangą, pavyzdžiui, naujus diagnostikos ir matavimo metodus USP lazerinės technologijos srityje – kitaip tariant, mes nuolat įkvepiame vieni kitus. Tačiau be šių malonių šalutinių poveikių mano darbe yra dar kažkas, kas man labai svarbu.
Klausimas: Kas dar tau labai svarbu?
L＇Huillier: Aš esu tyrėjas, bet taip pat ir mokytojas. Tai reiškia, kad galiu mokyti būrį ryškių jaunų žmonių ir stebėti, kaip jie auga ir praturtina savo patirtį, o tai, manau, yra didžiausias mano indėlis.
Anne L'Huillier anketa
Anne L'Huillier, gimusi 1958 m. Paryžiuje, yra prancūzų fizikė ir šiuo metu Lundo universiteto atominės fizikos profesorė. Ji buvo viena iš pagrindinių veikėjų kuriant attosekundinės fizikos tyrimų sritį ir yra gavusi daugybę apdovanojimų. Šių metų pradžioje ji gavo Bertholdo Leibingerio ateities premiją už mokslinius pasiekimus, o vos po kelių dienų kartu su Pierre'u Agostini ir Ferencu Krauszu buvo apdovanota 2023 m. Nobelio fizikos premija.