Нобелевская премия по физике этого года досталась Пьеру Агостини из французского университета Экс-Марсель, директору Института Макса Планка Ференцу Краусу и Анн Люилье, которая преподает в шведском университете Лунда.
Изображение: Нобелевский комитетОни удостоены награды за исследования в области электронной динамики, как объявила 3 октября в Стокгольме Шведская академия наук. Их работа предоставила новые инструменты для исследования природы электронов в атомах и молекулах.
Суть открытия в следующем. Строение атомов многие помнят из уроков физики в школе. Ядро, состоящее из протонов и нейтронов, находится посередине, а электроны двигаются снаружи. Их движения невообразимо быстры. За ними долгое время невозможно было даже отдаленно наблюдать. Электрон может изменить свое положение за несколько аттосекунд. Аттосекунда – это миллиардная доля секунды. Небольшое сравнение для лучшего понимания: аттосекунда относится к секунде так же, как секунда относится ко всему времени, прошедшему с момента Большого взрыва 13,8 миллиардов лет назад.
С помощью самых коротких лазерных импульсов, которые только может произвести человечество, по сути, можно снимать изображения атома в фемтосекундном диапазоне — миллионную миллиардную долю секунды. На таких изображениях электроны можно увидеть только очень размытыми. В начале 90-х годов Анн Люилье и ее коллеги обнаружили способ получения еще более коротких лазерных импульсов. Если стрелять инфракрасными лазерами по благородным газам, создаются различные гармоники. По сути, они разделяют форму волны лазерных лучей на еще более мелкие волны.
Когда эти меньшие волны перекрываются, через регулярные промежутки времени происходят небольшие отклонения сигнала, которые длятся всего несколько аттосекунд. Во время этих отклонений сигнала электроны ненадолго покидают свою первоначальную орбиту вокруг атомного ядра, поглощают энергию лазерного света, возвращаются к своему атомному ядру и высвобождают поглощенную энергию в виде короткой вспышки света в ультрафиолетовом спектре.
Пьер Агостини и Ференц Краус использовали этот принцип в своих исследованиях во Франции и Австрии, чтобы получить изображения электронов с разницей в несколько сотен аттосекунд. Таким образом, изменения в атомах можно анализировать более точно, чем когда-либо.
Стало возможным наблюдать, как переносятся электрические заряды. Это, в свою очередь, может привести к лучшему пониманию процессов в электронике или медицине. Краус считает, что это может увеличить скорость работы процессоров. Хотя в миниатюризации компонентов уже достигнуты пределы, производительность компьютерных чипов можно увеличить во много раз за счет более быстрого включения и выключения электричества.
Аттосекундную физику также можно использовать для проверки открытий таких великих ученых, как Альберт Эйнштейн или Вернер Гейзенберг. Они могли только делать предположения о процессах в мире электронов и не могли себе представить, что якобы фиксированные пределы их способности наблюдать однажды будут превышены.
