Nagrody Nobla z fizyki – komentarz naukowca UŁ

Tegoroczną Nagrodę Nobla z fizyki otrzymali: Pierre Agostini (lat 82) – francusko-amerykański fizyk, obecnie profesor fizyki na Uniwersytecie Stanu Ohio, Ferenc Krausz (lat 61) – węgiersko-austriacki fizyk, dyrektor Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka w Garching i profesor Uniwersytetu Ludwika i Maksymiliana w Monachium oraz Anne L’Huillier (lat 65) – francuska fizyczka, profesor fizyki atomowej na Uniwersytecie w Lund. Ta ostatnia laureatka (znana także jako Anne Genevieve L’Huillier Wahlström) jest piątą kobietą wyróżnioną Nagrodą Nobla z fizyki. Każdy z laureatów otrzymał taką samą (1/3) część Nagrody Nobla. W przypadku wszystkich trojga laureatów uzasadnienie przyznania Nagrody Nobla było takie samo. Tegorocznego Nobla z fizyki przyznano za metody eksperymentalne, które generowały attosekundowe (attosekunda =10^(-18) sekundy) impulsy światła w celu badania dynamiki elektronów w materii.

Żeby badania takie były możliwe, czas trwania odpowiednich impulsów światła (laserowych) powinien być porównywalny do czasów typowych dla ruchu elektronu w atomie lub cząsteczce. Ten typowy czas jest mierzony w tzw. atomowych jednostkach czasu. Ta ostatnia wynosi około 24 attosekundy. Obecnie najkrótszy wytworzony impuls miał czas trwania około 43 attosekund i mieścił się w zakresie miękkiego promieniowania X.

Fizyka attosekundowa (zwana także attofizyką) jest działem fizyki, która zajmuje się zjawiskami związanymi z oddziaływaniem światła z materią we wspomnianych tutaj skalach czasowych. Zwykle wykorzystuje się w tym celu metody spektroskopowe typu pump-probe, które wymagają najnowocześniejszych zestawów eksperymentalnych i zaawansowanych metod teoretycznych do opisu i interpretacji danych zebranych w tych doświadczeniach.

W najprostszym przypadku metoda pump-probe polega na tym, że dwa impulsy laserowe z precyzyjnie określonym czasem opóźnienia pomiędzy nimi są wysyłane w kierunku atomu. Pierwszy impuls (pump) wzbudza atom, a drugi (probe) dokonuje pewnego pomiaru stanu tego samego atomu po ściśle określonym czasie, który eksperymentator może płynnie regulować. Powtarzając  wielokrotnie pomiar w tym samym układzie doświadczalnym, ale dla różnych czasów opóźnienia między impulsami laserowymi, można badać dynamikę procesów w skali atomowej.

Badania laureatów tegorocznej Nagrody Nobla z fizyki przyczyniły się do zrozumienia mechanizmów, które rządzą elektronami poruszającymi się w atomach i cząsteczkach. Umożliwiły także kontrolowanie zachowania tychże elektronów. To znalazło zastosowanie chociażby w śledzeniu w czasie reakcji chemicznych na poziomie molekularnym, w diagnostyce medycznej, w precyzyjnym podawaniu leków i w elektronice.

Materiał źródłowy: dr hab. Jarosław Bauer, prof. UŁ