Intervju s nobelovkom Anne L'Huillier, otkrivajući njezinu viziju attosekundnog laserskog pulsa

Nobelovu nagradu za fiziku 2023. godine dobili su Anne L'Huillier i njezina dva kolege Pierre Agostini i Ferenc Krausz, a upravo je Berthold Leibinger Stiftung dodijelio nuklearnoj fizičarki nagradu Berthold Leibinger Future Prize. Leibingerova nagrada za budućnost. U ekskluzivnom intervjuu, Anne L'Huillier, koja je upravo dobila Nobelovu nagradu za fiziku, govori nam o istraživanju atosekundnih laserskih impulsa.
P: Prof. L'Huillier, da ste na roštilju i da vas netko pita čime se bavite, što biste rekli?
L＇Huillier: Obično bih rekao da se uglavnom bavim laserskom fizikom i atomskom fizikom. Naš tim može osvijetliti vrlo, vrlo kratkim impulsima laserskog svjetla, što omogućuje fotografiranje nekih procesa koji se odvijaju vrlo brzo, poput onih koji uključuju kretanje elektrona. Možete to zamisliti kao ono što radi bljeskalica normalnog fotoaparata.
P: Kada kažete "vrlo, vrlo kratko" mislite li na ......?
L＇Huillier: Samo nekoliko atosekundi dugi laserski impulsi.
P: Možete li ukratko opisati atosekundu?
L＇Huillier: To je zapravo jako teško opisati. Mislim da bi bilo lakše razumjeti analogiju: 1 atosekunda je prema 1 sekundi ono što je 1 sekunda prema ukupnoj starosti svemira (14 milijardi godina). Ali nisam baš siguran da vam ovaj opis stvarno pomaže razumjeti atosekundu.
P: Pa, moglo bi malo pomoći.
L＇Huillier: Uvijek ćemo imati uobičajen osjećaj da se atosekunda ne može percipirati u smislu vremena koje ljudi mogu razumjeti. Međutim, na sreću, to možemo potvrditi uz pomoć matematičkih i znanstvenih teorija apstrakcije, kao i eksperimenata, a iz ovoga znamo da je 1 atosekunda=10-18 sekundi. Štoviše, zanimljivije pitanje od razmišljanja o duljini atosekunde je zašto želimo tako malu vremensku skalu.
P: Pa zašto su nam potrebni impulsi duljine attosekunde?
L＇Huillier: Zato što su određeni procesi u prirodi toliko brzi da ih možemo mjeriti samo uz pomoć atosekundnih svjetlosnih impulsa, od kojih je najvažnije gibanje elektrona. Što je bljesak brži, tj. kraći svjetlosni puls, to izbliza možemo promatrati proces. Danas se moja istraživačka skupina još uvijek usredotočuje na fotografiranje jednostavnih procesa unutar i oko atoma, jer je to lakše postići. Međutim, ako uspijemo dalje napredovati u ovom području, moći ćemo promatrati kretanje elektrona u složenijim sustavima, kao što su molekule. Kretanje elektrona uzrokuje kemijske reakcije. Jednog dana moći ćemo izmjeriti ta početna gibanja.
P: I što onda?
L＇Huillier: Mjerenje je prvi korak prema kontroli. Dugoročno gledano, naš je najveći cilj moći kontrolirati kemijske reakcije na razini elektrona.
P: Kontrolirati ga i koristiti za što?
L'Huillier: Teško mi je predvidjeti gdje će se koristiti ili što će promijeniti u budućnosti, ali to je osnovno istraživanje.
Istraživački tim prof. Anne L'Huillier u Lundu, Švedska, koristi femtosekundne lasere za generiranje pulseva visokog harmonijskog svjetla. Ti se impulsi zatim koriste za generiranje atosekundnih laserskih impulsa za vizualizaciju atomskih procesa
P: U eksperimentu 1987. otkrili ste visoke harmonike koji su preduvjet za generiranje atosekundnih impulsa.
L＇Huillier: Da, to je bila divna slučajnost. To je najbolje kad otkriješ nešto što te iznenadi! To znači da vas nešto čeka da to popravite. Ono što smo stvarno htjeli u to vrijeme bilo je bombardirati plemenite plinove jakim laserom i proučavati učinak fluorescencije. Ispostavilo se da najjača svjetlost opažena u procesu nije bila fluorescencija, već visoki harmonik laserske frekvencije, otkriće koje je promijenilo moju znanstvenu karijeru. Generiranjem visokih harmonika bilo je moguće generirati atosekundne impulse. To je ono što i sada radim.
P: Je li moguće formirati barem mentalnu sliku stvaranja visokog harmonika?
L＇Huillier: Da! Imam bolju usporedbu od atosekunde i starosti svemira. Provučete li gudalo kroz žice violine, dobit ćete ne samo čiste tonove (frekvencije čistog tona) nego i druge frekvencije. U glazbi se te frekvencije nazivaju prizvuci, a daju boju tonu; prizvuci se također nazivaju harmonici. Slično se događa kada pod određenim uvjetima izložite plin femtosekundnom laserskom pulsu, koji stvara nove laserske frekvencije s kraćim valnim duljinama. Moglo bi se reći da su viši harmonici prizvuci laserske fizike.
P: Što može učiniti visokoharmonijski svjetlosni puls?
L＇Huillier: Možete ih koristiti za generiranje atosekundnih impulsa, ali korisni su i sami po sebi. Trenutačno surađujemo s proizvođačem opreme za litografiju i mjeriteljstvo za industriju poluvodiča na korištenju visokih harmonika za ispitivanje mikrostruktura poluvodiča. Ovo je vrlo opipljiv projekt za nekoga poput mene koji provodi osnovna istraživanja. Iznenađen sam i zadovoljan što je naš rad koristan za društvo.
Prof. Anne L＇Huillier pomogla je uspostaviti fiziku atosekundnih lasera. Ovo bi djelo moglo uskoro osvijetliti svijet elektronike.
P: Je li vaše istraživanje također doprinijelo razvoju laserske tehnologije?
L＇Huillier: Svakako, naš rad u fizici atosekunde nastavio je nadahnjivati ​​proizvođače lasera da razvijaju nove i bolje lasere s ultrakratkim pulsom tijekom posljednjih nekoliko desetljeća. Naravno, također imamo koristi od boljih izvora snopa. Što je bolji početni laserski izvor, to će bolji harmonici moći proizvesti atosekundne impulse. Za nas to vodi daljnjem tehnološkom napretku, kao što su nove dijagnostičke i mjerne metode u području USP laserske tehnologije - drugim riječima, neprestano inspiriramo jedni druge. Ali osim ovih ugodnih nuspojava, postoji još nešto u mom radu što mi je vrlo važno.
P: Što vam je još jako važno?
L＇Huillier: Ja sam istraživač, ali sam i učitelj. To znači da mogu podučavati hrpu bistrih mladih ljudi i gledati ih kako rastu i obogaćuju svoje iskustvo, što mislim da je moj najveći doprinos.
Profil Anne L'Huillier
Anne L'Huillier, rođena u Parizu 1958., francuska je fizičarka i trenutno profesorica atomske fizike na Sveučilištu Lund. Bila je jedna od ključnih osoba u uspostavljanju istraživačkog polja fizike atosekunde i primila je brojne nagrade. Ranije ove godine primila je Berthold Leibinger Future Prize za svoja istraživačka postignuća, a samo nekoliko dana kasnije dobila je Nobelovu nagradu za fiziku 2023. zajedno s Pierreom Agostinijem i Ferencom Krauszom.