Интервю с Нобеловия лауреат Anne L'Huillier, откривайки нейната визия за атосекундния лазерен импулс

Нобеловата награда за физика за 2023 г. беше присъдена на Ан Л'Юлие и двамата й колеги Пиер Агостини и Ференц Краус, а съвсем наскоро Berthold Leibinger Stiftung връчи на ядрения физик наградата Berthold Leibinger Future. Награда за бъдещето Leibinger. В ексклузивно интервю, Anne L'Huillier, която току-що беше удостоена с Нобелова награда за физика, ни разказва за изследването на атосекундни лазерни импулси.
Въпрос: Проф. L'Huillier, ако бяхте на барбекю и някой ви попита с какво си изкарвате прехраната, какво бихте казали?
L＇Huillier: Обикновено бих казал, че работя основно в областта на лазерната физика и атомната физика. Нашият екип може да освети с много, много кратки импулси лазерна светлина, което прави възможно заснемането на някои процеси, които се движат много бързо, като тези, включващи движението на електрони. Можете да мислите за това като за това, което прави светкавицата на нормална камера.
Въпрос: Когато казвате „много, много кратко“, имате предвид ......?
L＇Huillier: Лазерни импулси с дължина само няколко атосекунди.
Въпрос: Можете ли да опишете накратко една атосекунда?
L＇Huillier: Всъщност е много трудно да се опише. Мисля, че може да е по-лесно да се разбере една аналогия: 1 атосекунда е към 1 секунда това, което 1 секунда е към общата възраст на Вселената (14 милиарда години). Но не съм толкова сигурен, че това описание наистина ви помага да разберете атосекундата.
Въпрос: Е, може да помогне малко.
L＇Huillier: Винаги ще имаме обичайното усещане, че една атосекунда не може да се възприеме като време, което хората могат да разберат. За щастие обаче можем да го проверим с помощта на математически и научни теории за абстракция, както и експерименти, и от това знаем, че 1 атосекунда=10-18 секунди. Освен това, по-интересен въпрос от това да мислим за дължината на една атосекунда е защо искаме толкова малък времеви мащаб.
Въпрос: Защо се нуждаем от импулси с дължина на атосекунда?
L＇Huillier: Защото някои процеси в природата са толкова бързи, че можем да ги измерим само с помощта на атосекундни светлинни импулси, най-важният от които е движението на електроните. Колкото по-бърза е светкавицата, т.е. колкото по-къс е светлинният импулс, толкова по-близо можем да наблюдаваме процеса. Днес моята изследователска група все още се фокусира върху фотографирането на прости процеси в и около атомите, защото това е по-лесно за постигане. Въпреки това, ако успеем да постигнем по-нататъшен напредък в тази област, ще можем да наблюдаваме движението на електрони в по-сложни системи, като например в молекулите. Движението на електроните предизвиква химични реакции. Един ден ще можем да измерим тези първоначални движения.
Въпрос: И тогава какво?
L＇Huillier: Измерването е първата стъпка към контрола. Така че в дългосрочен план нашата най-голяма цел е да можем да контролираме химичните реакции на електронно ниво.
Въпрос: Контролирайте го и го използвайте за какво?
L'Huillier: Трудно ми е да предскажа къде ще се използва или какво ще промени в бъдеще, но това са основни изследвания.
Изследователският екип на проф. Anne L'Huillier в Лунд, Швеция, използва фемтосекундни лазери за генериране на импулси от високохармонична светлина. След това тези импулси се използват за генериране на атосекундни лазерни импулси за визуализиране на атомни процеси
Въпрос: В експеримент през 1987 г. вие открихте високите хармоници, които са предпоставка за генериране на атосекундни импулси.
L＇Huillier: Да, това беше прекрасно съвпадение. Това е най-хубавото нещо, когато откриеш нещо, което те изненада! Това означава, че нещо чака да го поправите. Това, което наистина искахме да направим по това време, беше да бомбардираме благородни газове със силен лазер и да изследваме флуоресцентния ефект. Оказа се, че най-силната светлина, наблюдавана в процеса, не е флуоресценция, а висок хармоник на лазерната честота, откритие, което промени научната ми кариера. С генерирането на високи хармоници беше възможно да се генерират атосекундни импулси. Това е, което правя и сега.
Въпрос: Възможно ли е да се формира поне умствена картина на високо хармонично генериране?
L＇Huillier: Да! Имам по-добро сравнение от атосекундата и възрастта на Вселената. Ако прекарате лък през струните на цигулка, ще получите не само чисти тонове (честоти на чист тон), но и други честоти. В музиката тези честоти се наричат ​​обертонове и те придават цвят на тона; обертоновете се наричат ​​още хармоници. Подобно нещо се случва, когато изложите газ на фемтосекунден лазерен импулс при определени условия, което създава нови лазерни честоти с по-къси дължини на вълната. Може да се каже, че висшите хармоници са обертоновете на лазерната физика.
В: Какво може да направи високохармоничен светлинен импулс?
L＇Huillier: Можете да ги използвате за генериране на атосекундни импулси, но те също са полезни сами по себе си. В момента работим с производител на литографско и метрологично оборудване за полупроводниковата индустрия за използване на високи хармоници за проверка на полупроводникови микроструктури. Това е много осезаем проект за някой като мен, който прави основни изследвания. Изненадан съм и доволен, че работата ни е полезна за обществото.
Проф. Anne L＇Huillier помогна за установяването на физиката на атосекундните лазери. Тази работа може скоро да озари света на електрониката.
Въпрос: Вашите изследвания допринесоха ли също за развитието на лазерната технология?
L＇Huillier: Разбира се, нашата работа в областта на физиката на атосекундите продължи да вдъхновява производителите на лазери да разработват нови и по-добри ултракъси импулсни лазери през последните няколко десетилетия. Разбира се, ние също се възползваме от по-добри източници на лъч. Колкото по-добър е първоначалният лазерен източник, толкова по-високи хармоници ще могат да произведат атосекундни импулси. За нас това води до по-нататъшен технологичен напредък, като нови методи за диагностика и измерване в областта на USP лазерната технология - с други думи, ние продължаваме да се вдъхновяваме взаимно. Но освен тези приятни странични ефекти, има нещо друго в работата ми, което е много важно за мен.
Въпрос: Какво друго е много важно за вас?
L＇Huillier: Аз съм изследовател, но също така съм и учител. Това означава, че мога да преподавам на куп интелигентни млади хора и да ги гледам как растат и обогатяват опита си, което според мен е най-големият ми принос.
Профилът на Anne L'Huillier
Anne L'Huillier, родена в Париж през 1958 г., е френски физик и в момента професор по атомна физика в университета в Лунд. Тя беше една от ключовите фигури в създаването на изследователската област на физиката на атосекундата и е получила множество награди. По-рано тази година тя получи наградата Berthold Leibinger Future за изследователските си постижения, а само няколко дни по-късно беше удостоена с Нобеловата награда за физика за 2023 г. заедно с Пиер Агостини и Ференц Краус.