Nobel-palkitun Anne L'Huillierin haastattelu, joka löytää näkemyksensä attosekundisesta laserpulssista

Vuoden 2023 fysiikan Nobel-palkinto myönnettiin Anne L'Huillierille ja hänen kahdelle kollegansa Pierre Agostinille ja Ferenc Krauszille, ja äskettäin Berthold Leibinger Stiftung myönsi ydinfyysikolle Berthold Leibinger Future Prize -palkinnon. Leibinger Future Award. Äskettäin fysiikan Nobelin palkittu Anne L'Huillier kertoo eksklusiivisessa haastattelussa attosekunnin laserpulssien tutkimuksesta.
K: Professori L'Huillier, jos olisit grillillä ja joku kysyisi sinulta, mitä teet työksesi, mitä sanoisit?
L＇Huillier: Normaalisti sanoisin, että työskentelen pääasiassa laserfysiikan ja atomifysiikan parissa. Tiimimme pystyy valaisemaan hyvin, hyvin lyhyillä laservalopulsseilla, mikä mahdollistaa joidenkin erittäin nopeasti liikkuvien prosessien, kuten elektronien liikkumisen, kuvaamisen. Voit ajatella sitä tavallisen kameran salamana.
K: Kun sanot "hyvin, hyvin lyhyt", tarkoitatko ......?
L＇Huillier: Vain muutaman attosekunnin pitkiä laserpulsseja.
K: Voitko kuvailla lyhyesti attosekuntia?
L＇Huillier: Sitä on itse asiassa hyvin vaikea kuvailla. Luulen, että voisi olla helpompi ymmärtää vertaus: 1 attosekunti on yhtä sekuntia, mitä 1 sekunti on maailmankaikkeuden kokonaisikään (14 miljardia vuotta). Mutta en ole niin varma, että tämä kuvaus todella auttaa sinua ymmärtämään attosekuntia.
K: No, se saattaa auttaa hieman.
L＇Huillier: Meillä on aina tapana tuntea, että attosekkuntia ei voida havaita ajassa, jota ihmiset voivat ymmärtää. Onneksi voimme kuitenkin varmistaa sen matemaattisten ja tieteellisten abstraktioteorioiden sekä kokeiden avulla, ja tästä tiedämme, että 1 attosekunti=10-18 sekuntia. Lisäksi attosekunnin pituuden ajattelua kiinnostavampi kysymys on, miksi haluamme niin pienen aikaskaalan.
K: Joten miksi tarvitsemme attosekunnin pituisia pulsseja?
L＇Huillier: Koska tietyt prosessit luonnossa ovat niin nopeita, että voimme mitata niitä vain attosekunnin valopulssien avulla, joista tärkein on elektronien liike. Mitä nopeampi salama, eli mitä lyhyempi valopulssi, sitä tarkemmin voimme tarkkailla prosessia. Nykyään tutkimusryhmäni keskittyy edelleen yksinkertaisten prosessien kuvaamiseen atomeissa ja niiden ympärillä, koska se on helpompi saavuttaa. Jos voimme kuitenkin edistyä tällä alalla, voimme tarkkailla elektronien liikettä monimutkaisemmissa järjestelmissä, kuten molekyyleissä. Elektronien liike aiheuttaa kemiallisia reaktioita. Jonain päivänä voimme mitata nämä alkuliikkeet.
K: Ja mitä sitten?
L＇Huillier: Mittaus on ensimmäinen askel kohti hallintaa. Joten pitkällä aikavälillä suurin tavoitteemme on pystyä hallitsemaan kemiallisia reaktioita elektronitasolla.
K: Hallitse sitä ja käytä sitä mihin?
L'Huillier: Minun on vaikea ennustaa, missä sitä käytetään tai mitä se muuttuu tulevaisuudessa, mutta se on perustutkimusta.
Professori Anne L'Huillierin tutkimusryhmä Lundissa, Ruotsissa, käyttää femtosekuntilasereita tuottaakseen korkean harmonisen valon pulsseja. Näitä pulsseja käytetään sitten tuottamaan attosekunnin laserpulsseja atomiprosessien visualisoimiseksi
K: Vuonna 1987 tehdyssä kokeessa löysit korkeat harmoniset, jotka ovat edellytys attosekuntipulssien synnyttämiselle.
L＇Huillier: Kyllä, se oli ihana yhteensattuma. Se on parasta, kun huomaat jotain, joka yllättää sinut! Se tarkoittaa, että jokin odottaa sinun korjaavan sen. Halusimme siihen aikaan todella pommittaa jalokaasuja vahvalla laserilla ja tutkia fluoresenssivaikutusta. Kävi ilmi, että voimakkain prosessissa havaittu valo ei ollut fluoresenssi, vaan lasertaajuuden korkea harmoninen, löytö, joka muutti tieteellistä uraani. Korkeiden harmonisten synnyttämisellä oli mahdollista tuottaa attosekuntisia pulsseja. Sitä teen edelleenkin.
K: Onko mahdollista muodostaa ainakin mielikuva korkeasta harmonisesta sukupolvelta?
L＇Huillier: Kyllä! Minulla on parempi vertailu kuin attosekunti ja maailmankaikkeuden ikä. Jos annat jousen viulun kielten läpi, saat puhtaiden sävelten (puhtaiden äänitaajuuksien) lisäksi myös muita taajuuksia. Musiikissa näitä taajuuksia kutsutaan ylisävyiksi, ja ne antavat sävelen värin; yliääniä kutsutaan myös harmonisiksi. Samankaltainen asia tapahtuu, kun altistat kaasun femtosekunnin laserpulssille tietyissä olosuhteissa, mikä luo uusia lasertaajuuksia lyhyemmillä aallonpituuksilla. Voisi sanoa, että korkeammat harmoniset ovat laserfysiikan sävyjä.
K: Mitä korkeaharmoninen valopulssi voi tehdä?
L＇Huillier: Voit käyttää niitä luomaan attosekuntipulsseja, mutta ne ovat myös hyödyllisiä sinänsä. Työskentelemme parhaillaan puolijohdeteollisuudelle tarkoitettujen litografia- ja metrologisten laitteiden valmistajan kanssa korkeiden harmonisten avulla puolijohdemikrorakenteiden tarkastamiseen. Tämä on hyvin konkreettinen projekti minun kaltaiselleni, joka tekee perustutkimusta. Olen yllättynyt ja iloinen, että työstämme on hyötyä yhteiskunnalle.
Professori Anne L＇Huillier auttoi luomaan attosekuntilaserien fysiikan. Tämä teos saattaa pian valaista elektroniikan maailmaa.
K: Onko tutkimuksesi vaikuttanut myös laserteknologian kehitykseen?
L＇Huillier: Työmme attosekunnin fysiikan parissa on varmasti edelleen inspiroinut laservalmistajia kehittämään uusia ja parempia ultralyhyen pulssin lasereita viime vuosikymmeninä. Tietysti hyödymme myös paremmista säteen lähteistä. Mitä parempi alkuperäinen laserlähde, sitä paremmin korkeammat harmoniset pystyvät tuottamaan attosekunnin pulsseja. Meille tämä johtaa uusiin teknologisiin edistysaskeliin, kuten uusiin diagnostiikka- ja mittausmenetelmiin USP-lasertekniikan alalla – toisin sanoen inspiroimme jatkuvasti toisiamme. Mutta näiden miellyttävien sivuvaikutusten lisäksi työssäni on jotain muuta, joka on minulle erittäin tärkeää.
K: Mikä muu on sinulle erittäin tärkeää?
L＇Huillier: Olen tutkija, mutta olen myös opettaja. Tämä tarkoittaa, että saan opettaa joukkoa fiksuja nuoria ja katsella heidän kasvavan ja rikastuvan kokemuksiaan, mikä on mielestäni suurin panokseni.
Käyttäjän Anne L'Huillier profiili
Anne L'Huillier, syntynyt Pariisissa vuonna 1958, on ranskalainen fyysikko ja tällä hetkellä Lundin yliopiston atomifysiikan professori. Hän oli yksi avainhenkilöistä attosekundifysiikan tutkimusalan perustamisessa ja on saanut lukuisia palkintoja. Aiemmin tänä vuonna hän sai Berthold Leibinger Future Prize -palkinnon tutkimussaavutuksistaan, ja vain muutamaa päivää myöhemmin hänelle myönnettiin vuoden 2023 fysiikan Nobel-palkinto yhdessä Pierre Agostinin ja Ferenc Krauszin kanssa.