Interviu cu laureata Nobel Anne L'Huillier, descoperindu-și viziunea asupra pulsului laser de attosecundă

Premiul Nobel pentru fizică în 2023 a fost acordat lui Anne L'Huillier și celor doi colegi ai săi Pierre Agostini și Ferenc Krausz, iar recent Berthold Leibinger Stiftung i-a acordat fizicianului nuclear Premiul pentru viitor Berthold Leibinger. Premiul Leibinger pentru viitor. Într-un interviu exclusiv, Anne L'Huillier, care tocmai a primit Premiul Nobel pentru Fizică, ne vorbește despre cercetările asupra impulsurilor laser de attosecundă.
Î: Prof. L'Huillier, dacă ați fi la un grătar și cineva v-ar întreba cu ce vă ocupați, ce ați spune?
L＇Huillier: În mod normal, aș spune că lucrez în principal în fizica laserului și fizica atomică. Echipa noastră poate ilumina cu impulsuri foarte, foarte scurte de lumină laser, ceea ce face posibilă fotografiarea unor procese care se mișcă foarte repede, cum ar fi cele care implică mișcarea electronilor. Vă puteți gândi la asta ca ceea ce face blițul unei camere obișnuite.
Î: Când spui „foarte, foarte scurt” te referi la ......?
L＇Huillier: Pulsuri laser lungi de doar câteva attosecunde.
Î: Puteți descrie pe scurt o attosecundă?
L＇Huillier: De fapt, este foarte greu de descris. Cred că ar putea fi mai ușor de înțeles o analogie: 1 attosecundă înseamnă la 1 secundă ceea ce înseamnă 1 secundă la vârsta totală a universului (14 miliarde de ani). Dar nu sunt atât de sigur că această descriere te ajută cu adevărat să înțelegi attosecunda.
Î: Ei bine, ar putea ajuta puțin.
L＇Huillier: Vom avea întotdeauna sentimentul obișnuit că o attosecundă nu poate fi percepută în termeni de timp pe care oamenii îl pot înțelege. Din fericire, însă, îl putem verifica cu ajutorul teoriilor matematice și științifice ale abstractizării, precum și al experimentelor, și din aceasta știm că 1 attosecundă=10-18 secunde. Mai mult, o întrebare mai interesantă decât să ne gândim la lungimea unei attosecunde este de ce ne dorim o scară de timp atât de mică.
Î: Deci, de ce avem nevoie de impulsuri de lungime de attosecundă?
L＇Huillier: Deoarece anumite procese din natură sunt atât de rapide încât le putem măsura doar cu ajutorul impulsurilor de lumină de attosecundă, dintre care cel mai important este mișcarea electronilor. Cu cât blițul este mai rapid, adică cu cât pulsul luminos este mai scurt, cu atât mai aproape putem observa procesul. În zilele noastre, grupul meu de cercetare încă se concentrează pe fotografiarea proceselor simple în și în jurul atomilor, deoarece acest lucru este mai ușor de realizat. Cu toate acestea, dacă putem face progrese suplimentare în acest domeniu, vom putea observa mișcarea electronilor în sisteme mai complexe, cum ar fi în molecule. Mișcarea electronilor provoacă reacții chimice. Într-o zi, vom putea măsura aceste mișcări inițiale.
Î: Și apoi ce?
L＇Huillier: Măsurarea este primul pas către control. Deci, pe termen lung, cel mai mare obiectiv al nostru este să fim capabili să controlăm reacțiile chimice la nivel de electroni.
Î: Controlează-l și folosește-l pentru ce?
L'Huillier: Îmi este greu să prezic unde va fi folosit sau ce se va schimba în viitor, dar asta este cercetare de bază.
Echipa de cercetare a prof. Anne L'Huillier din Lund, Suedia, folosește lasere femtosecunde pentru a genera impulsuri de lumină armonică înaltă. Aceste impulsuri sunt apoi folosite pentru a genera impulsuri laser de attosecundă pentru a vizualiza procesele atomice
Î: Într-un experiment din 1987, ați descoperit armonicile înalte care sunt o condiție prealabilă pentru generarea impulsurilor de attosecundă.
L＇Huillier: Da, a fost o coincidență încântătoare. Acesta este cel mai bun lucru când descoperi ceva care te ia prin surprindere! Înseamnă că ceva așteaptă să-l repari. Ceea ce ne doream cu adevărat să facem în acea perioadă era să bombardăm gazele nobile cu un laser puternic și să studiem efectul fluorescenței. S-a dovedit că cea mai puternică lumină observată în proces nu a fost fluorescența, ci o armonică ridicată a frecvenței laserului, o descoperire care mi-a schimbat cariera științifică. Odată cu generarea de armonici înalte, a fost posibil să se genereze impulsuri de attosecundă. Asta mai fac și acum.
Î: Este posibil să se formeze cel puțin o imagine mentală a generării de armonici înalte?
L＇Huillier: Da! Am o comparație mai bună decât attosecunda și vârsta universului. Dacă treceți un arc prin corzile unei viori, veți obține nu numai tonuri pure (frecvențe de ton pure), ci și alte frecvențe. În muzică, aceste frecvențe se numesc armonizări și dau culoarea tonului; tonurile sunt numite și armonice. Un lucru similar se întâmplă atunci când expuneți un gaz la un impuls laser de femtosecundă în anumite condiții, ceea ce creează noi frecvențe laser cu lungimi de undă mai scurte. Ați putea spune că armonicile superioare sunt tonurile fizicii laser.
Î: Ce poate face un impuls de lumină cu armonici înalte?
L＇Huillier: le puteți folosi pentru a genera impulsuri de attosecundă, dar sunt și utile în sine. În prezent, lucrăm cu un producător de echipamente de litografie și metrologie pentru industria semiconductoarelor pentru a utiliza armonici mari pentru a inspecta microstructurile semiconductoarelor. Acesta este un proiect foarte tangibil pentru cineva ca mine care face cercetări de bază. Sunt surprins și mulțumit că munca noastră este de folos societății.
Prof. Anne L＇Huillier a ajutat la stabilirea fizicii laserelor attosecunde. Această lucrare ar putea lumina în curând lumea electronicelor.
Î: Cercetarea dumneavoastră a contribuit și la dezvoltarea tehnologiei laser?
L＇Huillier: Cu siguranță, munca noastră în fizica atosecundei a continuat să inspire producătorii de lasere să dezvolte lasere noi și mai bune cu puls ultrascurt în ultimele câteva decenii. Desigur, beneficiem și de surse de fascicule mai bune. Cu cât sursa laser inițială este mai bună, cu atât armonicile mai mari vor putea produce impulsuri de attosecundă. Pentru noi, acest lucru duce la noi progrese tehnologice, cum ar fi noi metode de diagnosticare și măsurare în domeniul tehnologiei laser USP - cu alte cuvinte, continuăm să ne inspirăm reciproc. Dar dincolo de aceste efecte secundare plăcute, mai există ceva în munca mea care este foarte important pentru mine.
Î: Ce altceva este foarte important pentru tine?
L＇Huillier: Sunt cercetător, dar sunt și profesor. Asta înseamnă că pot să predau o grămadă de tineri strălucitori și să-i văd crescând și îmbogățindu-și experiența, ceea ce cred că este cea mai mare contribuție a mea.
Profilul lui Anne L'Huillier
Anne L'Huillier, născută la Paris în 1958, este un fizician francez și în prezent profesor de fizică atomică la Universitatea Lund. Ea a fost una dintre figurile cheie în stabilirea domeniului de cercetare al fizicii atosecundei și a primit numeroase premii. La începutul acestui an, ea a primit Premiul pentru Viitorul Berthold Leibinger pentru realizările sale de cercetare, iar la doar câteva zile mai târziu i-a fost distinsă Premiul Nobel pentru Fizică în 2023, alături de Pierre Agostini și Ferenc Krausz.