Intervjuu Nobeli preemia laureaadi Anne L'Huillier'ga, kes avastas oma nägemuse attosekundilise laserimpulsi kohta

2023. aasta Nobeli füüsikaauhinna pälvisid Anne L'Huillier ja tema kaks kolleegi Pierre Agostini ja Ferenc Krausz ning just hiljuti andis Berthold Leibinger Stiftung tuumafüüsikule Berthold Leibingeri tulevikuauhinna. Leibingeri tulevikuauhind. Äsja Nobeli füüsikaauhinna pälvinud Anne L'Huillier räägib eksklusiivses intervjuus meile atosekundiliste laserimpulsside uurimisest.
K: Prof. L'Huillier, kui sa oleksid grillil ja keegi küsiks sinult, millega sa elatad, mida sa vastaksid?
L＇Huillier: Tavaliselt ütleksin, et töötan peamiselt laserfüüsika ja aatomifüüsika alal. Meie meeskond suudab valgustada väga-väga lühikeste laservalguse impulssidega, mis võimaldab pildistada mõningaid väga kiiresti liikuvaid protsesse, näiteks neid, mis hõlmavad elektronide liikumist. Seda võib mõelda nii, nagu teeb tavalise kaamera välklamp.
K: Kui sa ütled "väga-väga lühike", kas sa mõtled ......?
L＇Huillier: vaid mõne attosekundi pikkused laserimpulsid.
K: Kas saate lühidalt kirjeldada attosekundit?
L＇Huillier: Seda on tegelikult väga raske kirjeldada. Arvan, et analoogiat oleks lihtsam mõista: 1 attosekund võrdub 1 sekundiga, mis 1 sekund on universumi koguvanuse (14 miljardi aasta) jaoks. Kuid ma pole nii kindel, et see kirjeldus tõesti aitab teil attosekundist aru saada.
K: Noh, see võib natuke aidata.
L＇Huillier: Meil ​​on alati harjumuspärane tunne, et attosekundit ei saa tajuda ajas, millest inimesed aru saavad. Õnneks saame seda siiski kontrollida nii matemaatiliste ja teaduslike abstraktsiooniteooriate kui ka eksperimentide abil ning sellest saame teada, et 1 attosekund=10-18 sekundit. Pealegi on attosekundi pikkusele mõtlemisest huvitavam küsimus, miks me tahame nii väikest ajaskaalat.
K: Miks me siis vajame attosekundi pikkuseid impulsse?
L＇Huillier: Kuna teatud protsessid looduses on nii kiired, et saame neid mõõta vaid attosekundiliste valgusimpulsside abil, millest olulisim on elektronide liikumine. Mida kiirem on välk ehk mida lühem on valgusimpulss, seda lähemalt saame protsessi jälgida. Tänapäeval keskendub minu uurimisrühm endiselt lihtsate protsesside pildistamisele aatomites ja nende ümber, sest seda on lihtsam saavutada. Kui aga suudame selles vallas edasi liikuda, on meil võimalik jälgida elektronide liikumist keerukamates süsteemides, näiteks molekulides. Elektronide liikumine põhjustab keemilisi reaktsioone. Ühel päeval saame neid esialgseid liikumisi mõõta.
K: Ja mis siis?
L＇Huillier: Mõõtmine on esimene samm kontrolli suunas. Nii et pikemas perspektiivis on meie suurim eesmärk olla võimeline kontrollima keemilisi reaktsioone elektronide tasemel.
K: Kontrollige seda ja milleks seda kasutada?
L'Huillier: Mul on raske ennustada, kus seda kasutatakse või mida see tulevikus muudab, kuid see on alusuuring.
Prof Anne L'Huillieri uurimisrühm Rootsis Lundis kasutab femtosekundeid lasereid kõrge harmoonilise valguse impulsside genereerimiseks. Neid impulsse kasutatakse seejärel attosekundiliste laserimpulsside genereerimiseks aatomiprotsesside visualiseerimiseks
K: 1987. aastal tehtud katses avastasite kõrged harmoonilised, mis on attosekundiliste impulsside genereerimise eeltingimus.
L＇Huillier: Jah, see oli meeldiv kokkusattumus. See on parim asi, kui avastad midagi, mis üllatab sind! See tähendab, et midagi ootab teid selle parandamiseks. See, mida me tol ajal väga teha tahtsime, oli pommitada väärisgaase tugeva laseriga ja uurida fluorestsentsi efekti. Selgus, et protsessi käigus täheldatud tugevaim valgus ei olnud fluorestsents, vaid lasersageduse kõrge harmooniline – avastus, mis muutis mu teaduslikku karjääri. Kõrgete harmooniliste genereerimisega oli võimalik genereerida attosekundilisi impulsse. Seda ma praegugi teen.
K: Kas kõrgharmooniliste generatsioonidest on võimalik moodustada vähemalt mentaalne pilt?
L＇Huillier: Jah! Mul on parem võrdlus kui attosekund ja universumi vanus. Kui lasta poog läbi viiuli keelte, saad lisaks puhastele toonidele (puhta tooni sagedustele) ka muid sagedusi. Muusikas nimetatakse neid sagedusi ülemtoonideks ja need annavad toonile värvi; ülemtoone nimetatakse ka harmoonilisteks. Sarnane asi juhtub siis, kui puutute gaasi teatud tingimustel kokku femtosekundilise laserimpulsiga, mis loob uued laseri sagedused lühema lainepikkusega. Võib öelda, et kõrgemad harmoonilised on laserfüüsika ülemtoonid.
K: Mida suudab kõrgharmooniline valgusimpulss?
L＇Huillier: saate neid kasutada attosekundiliste impulsside genereerimiseks, kuid need on kasulikud ka iseenesest. Teeme praegu koostööd pooljuhtide tööstuse litograafia- ja metroloogiaseadmete tootjaga, et kasutada pooljuhtide mikrostruktuuride kontrollimiseks kõrgeid harmoonilisi. See on minusuguse jaoks väga käegakatsutav projekt, kes teeb alusuuringuid. Olen üllatunud ja rahul, et meie töö on ühiskonnale kasulik.
Prof Anne L＇Huillier aitas luua attosekundiliste laserite füüsikat. See töö võib peagi elektroonikamaailma valgustada.
K: Kas teie uurimistöö on aidanud kaasa ka lasertehnoloogia arengule?
L＇Huillier: Kindlasti on meie töö attosekundilise füüsika vallas viimastel aastakümnetel jätkuvalt inspireerinud laseritootjaid töötama välja uusi ja paremaid ultralühiimpulsslasereid. Loomulikult on meil kasu ka parematest kiirete allikatest. Mida parem on esialgne laserallikas, seda paremini suudavad kõrgemad harmoonilised toota attosekundilisi impulsse. Meie jaoks toob see kaasa täiendavaid tehnoloogilisi edusamme, nagu uued diagnostika- ja mõõtmismeetodid USP lasertehnoloogia valdkonnas – teisisõnu inspireerime üksteist pidevalt. Kuid peale nende meeldivate kõrvalmõjude on minu töös veel midagi, mis on minu jaoks väga oluline.
K: Mis on veel teie jaoks väga oluline?
L＇Huillier: Ma olen teadlane, aga ka õpetaja. See tähendab, et saan õpetada hulga säravaid noori inimesi ja vaadata, kuidas nad kasvavad ja oma kogemusi rikastavad, mis on minu arvates minu suurim panus.
Kasutaja Anne L'Huillier profiil
Anne L'Huillier, sündinud 1958. aastal Pariisis, on prantsuse füüsik ja praegu Lundi ülikooli aatomifüüsika professor. Ta oli üks võtmetegelasi attosekundi füüsika uurimisvaldkonna rajamisel ja on pälvinud mitmeid auhindu. Selle aasta alguses sai ta oma teadussaavutuste eest Berthold Leibingeri tulevikuauhinna ning vaid mõni päev hiljem pälvis ta koos Pierre Agostini ja Ferenc Krausziga 2023. aasta Nobeli füüsikaauhinna.