Anders Wiklund / EPA / TASS
Учеными, удостоившимися Нобелевской премии по физике за 2023 год, стали исследователи, разработавшие технику изучения электронов в атоме с помощью аттосекундных лазеров. Академик Ефим Хазанов из нижегородского Института прикладной физики РАН рассказал RTVI, в чем значимость их открытий, и в чем отличие от прошлой «нобелевки», присужденной за лазеры.
Лауреатом Нобелевской премии по физике 2023 года названы Пьер Агостини из Университета Огайо, Краус Ференц из Институт квантовой оптики общества Макса Планка (Германия) и Анн Л’Юилье из Лундского университета (Швеция). Комитет признал важность их экспериментов , которые дали человечеству новые инструменты для «изучения мира электронов внутри атомов и молекул». «Пьер Агостини, Краус Ференц и Анн Л’Юилье продемонстрировали способ создания чрезвычайно коротких импульсов света, которые можно использовать для измерения быстрых процессов, когда электроны движутся или обмениваются энергиями», — говорится в заявлении комитета.
В 1987 году Анн Л’Юилье обратила внимание на то, как меняются свойства инфракрасного лазерного луча при прохождении его через инертные газы. Эти изменения были вызваны взаимодействием фотонов луча с атомами — некоторые электроны получали энергию, переизлучая ее в виде света.
В 2001 году Пьер Агостини продолжил эксперименты, создавая серии последовательных лазерных импульсов длительностью 250 аттосекунд, одновременно с ним Краус Ференц использовал в эксперименте один импульс длительностью 650 аттосекунд.
Изучение свойств прошедших через среду лазерных импульсов позволило исследовать быстрые процессы, которые ранее отследить не удавалось. «Теперь мы можем открыть окно в мир электронов. Аттосекундная физика дала нам возможность понимать механизмы, управляющие электронами. Следующий шаг — использовать их», — пояснила Ева Ольсон, председатель нобелевского комитета по физике.
«С моей точки зрения, присуждение Нобелевской премии за исследования в этой области вполне ожидаемо, поскольку последние лет десять она является передовым направлением, которое позволяет заглянуть внутрь атома. Но заглянуть не в смысле пространства, а в смысле времени. То есть смотреть процессы, которые происходят в атоме на временах, сравнимых со временем обращения электрона по орбите — порядка десяти аттосекунд, — пояснил RTVI главный научный сотрудник Института прикладной физики РАН (Нижний Новогород), академик Ефим Хазанов. — Например, мы можем увидеть, как движется электрон вокруг ядра. Мы примерно знаем, на каком радиусе он движется, из теоретических представлений знаем, за какое время. Но увидеть это, и фигурально выражаясь, снять кино, можно с помощью этих лазеров».
«При ионизации атомов мы можем измерить энергии ионизованных электронов. И в зависимости от этих измерений, ученые видят, что в разные моменты времени эта энергия различна, и мы можем восстановить движение электрона внутри атома», — продолжил Хазанов.
До появления аттосекундных лазеров у человечества просто не было инструмента, который бы это сделать в принципе это сделать».
Эксперты уже обратили внимание на то, что нынешние присуждение Нобелевской премии по физике — второе за относительно короткий срок признание заслуг ученых в области лазерной физики.
Так, в 2018 году половину премии забрали Жерар Муру и Донна Стрикленд, разработавшие метод генерации фемтосекундных петаваттных лазерных импульсов. Донна Стрикланд — французская исследовательница в области электротехники и лазеров. Жерар Альбер Муру — французский и американский физики, иностранный член РАН с 2008 года.
«Несмотря на такое фонетическое созвучие, это совершенно разные даже по масштабам области. В аттосекундных лазерах используются рекордно короткие импульсы, и в этом заключается прорыв. Но это излучение очень слабое, там используются совсем крошечные мощности, так скажем. А фемтосекундные лазеры более мощные. Своей мощностью они разрушают атом, в котором после облучения уже нечего исследовать — атом просто не существует в таких полях», — пояснил Хазанов.