Нобелевскую премию по физике присудили за эксперименты со светом

МОСКВА, 3 окт — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. Французам Пьеру Агостини, Анн Л'Юилье и венгру Ференцу Краушу, разработавшим способ создания чрезвычайно коротких импульсов света, присудили Нобелевскую премию по физике. Их открытие позволяет измерять очень быстрые процессы, например, движение электронов в атоме.

Любой человек, знакомый с фотографией, знает: чем быстрее событие, тем короче должна быть выдержка, с которой делается снимок. Современные лазеры способны генерировать импульсы излучения длительностью несколько фемтосекунд (десять в минус 15-й степени секунды). Такой лазерный "стробоскоп" способен зафиксировать движение атомов в молекулах.

Нобелевские лауреаты по физике этого года получили импульсы света аттосекундного (десять в минус 18-й степени секунды, или одна миллиардная миллиардной доли секунды) диапазона — такие уже способны запечатлеть то, что происходит внутри атомов. Чтобы осознать, о каких малых единицах времени идет речь, достаточно сказать, что луч света преодолевает расстояние от одной стены комнаты до другой за десять миллиардов аттосекунд.

"Ученые стремятся изучать все более быстрые процессы, потому что там своя физика, которую мы обычно не видим, — говорит научный руководитель Национального центра физики и математики (НЦФМ) в Сарове академик Александр Сергеев. — Отмеченное достижение дает возможность рассмотреть движение электронов в атомах и более сложных структурах. Это новый рубеж знания, продвижение вглубь шкалы времени".

Фемтосекунда долго считалась пределом для световых вспышек. Существующие технологии не могли продвинуться дальше, требовалось что-то совершенно новое. Ученые, которых удостоили Нобелевской премии, по сути, заложили основы новой, аттосекундной физики.

Свет состоит из волн — колебаний электрических и магнитных полей. В 1987-м француженка Анн Л'Юилье, которая сейчас работает в Лундском университете в Швеции, обнаружила, что при прохождении инфракрасного лазерного луча через благородный газ возникает множество обертонов света. Это примерно как колебания струны рождают разные гармоники звука: по всей длине струны — основной тон, половинка — второй обертон, треть — третий и так далее. Л'Юилье установила, что каждый обертон световой волны с заданным количеством циклов определяется взаимодействием лазерного луча с атомами газа.

В 2001-м венгр Ференц Крауш, ныне директор Института квантовой оптики Макса Планка в Германии, работая с жестким ультрафиолетовым излучением в инертном газе и используя методы нелинейной оптики, получил одиночный световой импульс длительностью 650 аттосекунд. Тогда же французско-американский физик-экспериментатор Пьер Агостини, применив оригинальный прием реконструкции лазерного профиля, названный RABBITT, создал серию импульсов по 250 аттосекунд.

Л'Юилье с коллегами применила аттосекундные лазерные импульсы для изучения движения электронов в атомах и молекулах в режиме реального времени. Два лазерных источника посылали короткие импульсы с небольшой задержкой относительно друг друга. Возникал комбинированный луч с аттосекундными пиками.

В 2018-м уже присуждали Нобелевскую премию за открытие в этой области. Тогда речь шла о фемтосекундных, но очень интенсивных оптических импульсах.

"Мощные поля и короткие импульсы связаны, — объясняет Сергеев. — Для мощного поля нужно генерировать очень короткие импульсы, и наоборот, интенсивное лазерное излучение позволяет нам двигаться дальше вглубь шкалы времени. А это помогает лучше понять устройство материи".

"Мы в России очень активно работаем в этом направлении. В НЦФМ тематика сверхсильных лазерных полей и сверхкоротких аттосекундных импульсов — одна из основных. Мы очень рады, что исследования наших коллег за рубежом отмечены такой высокой наградой", — говорит академик.

Аттосекундные импульсы необходимы для исследования любых быстропротекающих процессов, которые до сих пор считались мгновенными. В первую очередь это химические реакции. Теперь их можно разложить на этапы, а значит, вносить изменения в их протекание.

"Мы получили современное диагностическое средство для изучения вещества, — заключает Сергеев. — Фактически речь идет о новом материаловедении, переднем крае диагностики, когда мы мы наблюдаем процессы с очень детальным пространственным и вместе с тем временным разрешением. Нам открывается мир в другом диапазоне".

Сверхкороткие импульсы важны для физики конденсированного состояния, химических технологий, био- и фотохимии, медицинской диагностики, микроэлектроники. Словом, везде, где нужно понимать тонкое строение вещества и управлять поведением электронов.