Što su atosekunde za koje su znanstvenici dobili Nobelovu nagradu?

Znanstvenici Pierre Agostini, Ferenc Krausz i Anne L'Huillier osvojili su Nobelovu nagradu za fiziku za 2023. za "eksperimentalne metode koji generiraju atosekundne impulse svjetlosti, značajne za proučavanje dinamike elektrona u materiji", objavio je u utorak Nobelov odbor.

Nagradu, koja je ove godine povećana i iznosi 11 milijuna švedskih kruna ili oko milijun dolara, dodjeljuje Kraljevska švedska akademija znanosti.

Kako stoji u objašnjenju, troje znanstvenika čovječanstvu je pružilo nove alate za istraživanje svijeta elektrona unutar atoma i molekula.

Ovogodišnji su laureati uz pomoć eksperimenata uspjeli proizvesti tako kratke svjetlosne impulse da se mogu mjeriti u atosekundama, demonstrirajući način na koji se stvaraju vrlo kratki impulsi svjetlosti, a njima se mogu mjeriti ubrzani procesi koji omogućuju pomicanje elektrona i izmjenu energije, unutar atoma i molekula.

Francuska fizičarka Anne L'Huillier radi na sveučilištu Lund u Švedskoj, njezin sunarodnjak Agostini profesor je Sveučilištu Ohio State, a njihov mađarski kolega Krausz direktor je Institua Max Planck za kvantnu optiku.

Što je atosekunda?

Atosekunde, najkraća vremenska mjerna jedinica koja se može izravno izmjeriti, predstavljaju minijaturni djelić vremena - milijarditi dio milijarditog dijela sekunde. Drugim riječima, atosekunda je 10^18 dio sekunde.

Da to stavimo u perspektivu, u jednoj sekundi postoji onoliko atosekundi koliko je bilo sekundi u 13,8 milijardi godina dugoj povijesti svemira. Mjerenje atosekundi omogućuje znanstvenicima da se udube u temeljne procese, posebice ponašanje elektrona unutar atoma, koji rade pri tim ekstremnim brzinama. Na primjer, elektronima je potrebno samo 150 atosekundi da obiđu jezgru atoma vodika, javlja Zimo.

Trenutno "ograničenje brzine" za elektroniku mjeri se u nanosekundama. Međutim, kada bi mikroprocesori mogli raditi attosekundnim brzinama, to bi moglo omogućiti obradu informacija nevjerojatnom brzinom, potencijalno milijardu puta bržom, prema Hansu Jakobu Woerneru s ETH Zurich.

Kino stvoreno za elektrone

Za mjerenje atosekundi, francusko-švedska fizičarka Anne L'Huillier prva je upotrijebila lasere velike snage, stvarajući ultrakratke pulseve svjetlosti. Ta tehnika omogućuje znanstvenicima promatranje i proučavanje procesa na skali atosekunde. Franck Lepine, istraživač na francuskom Institutu za svjetlost i materiju, usporedio je tu tehniku s "kinom stvorenim za elektrone", slično pionirskom fotografskom radu braće Lumiere.

John Tisch, profesor laserske fizike na Imperial Collegeu u Londonu, objasnio je da ta metoda uključuje stvaranje nevjerojatno brzog pulsa svjetlosti, koji se zatim može usmjeriti na materijale kako bi se prikupile informacije o njihovom odgovoru na vremenskim skalama od atosekunde.

Imamo i Guinnessov rekord u atosekundama

Tijekom godina znanstvenici su značajno napredovali u stvaranju sve kraćih svjetlosnih impulsa. Tim francuskog znanstvenika Pierrea Agostinija postigao je puls od 250 atosekundi 2001. godine. Grupa Anne L'Huillier to je nadmašila s pulsom od 170 atosekundi 2003. godine, a mađarsko-austrijski fizičar Ferenc Krausz dodatno ga je smanjio na puls od 80 atosekundi 2008. godine. Trenutno, Guinnessov svjetski rekord za "najkraći puls svjetlosti" drži tim Hansa Jakoba Woernera, s trajanjem od 43 atosekunde.

Woerner je sugerirao da bi moglo biti izvedivo doseći trajanje od samo nekoliko atosekundi koristeći trenutnu tehnologiju, iako bi guranje preko tog praga bilo izazovno.

Dodjela Nobelovih nagrada u punom jeku

U utorak su mađarska znanstvenica Katalin Kariko i američki kolega Drew Weissman osvojili Nobela za medicinu za otkrića koja su omogućila razvoj glasničke RNK (mRNA) koja je utrla put razvoju cjepiva protiv covida-19.

Nobelova nagrada za kemiju dodijelit će se u srijedu 4. listopada, a Nobel za književnost u četvrtak 5. listopada. Nagrada za mir na rasporedu je u petak, a za ekonomiju u ponedjeljak.