Attosegundo’nun ‘fotoğrafçıları’, Temel Bilimlerde Bilginin Sınırları Ödülü

semaver

New member
Bilimsel topluluk aynı fikirde olmasa da, insan gözü saniyede 30 kare (fps) veya 60 fps görme yeteneğine sahiptir. Uzmanlar, dünyanın en hızlı kamerasının 70 trilyon fps ile “ışığın yolunu tüm ihtişamıyla” yakaladığını söylüyor. Salamanca Üniversitesi’nde kadrolu bir profesör olan Carlos Hernández García, öyle olsa bile, “doğadaki süreçleri çok kısa bir sürede görmek” mümkün olmadığını söylüyor. Görülebilirler mi, ölçülebilirler mi? Ayrıca. Bir göz kırpma ne kadar sürer? Ve bir sinek kuşunun çırpıntısı? Teknoloji zamanı saniyelere, milisaniyeye (saniyenin binde biri), mikrosaniyeye (saniyenin milyonda biri, nanosaniye (saniyenin milyarda biri), pikosaniye (saniyenin milyarda biri), femtosaniye (saniyenin milyarda biri) ve nasıl Saniyeyi 100 milyon yıl ile karşılaştırmak) ve attosaniyeyi (trilyonda bir) karşılaştırmak için Hernandez, “Kameralar milisaniyelere veya nanosaniyelere ulaşabilir” diye açıklıyor. “Altında sadece optik olabilir” diye ekliyor. Anne L’Huillier, Paul de bu. Çorkum ve Ferenc Krausz, yeni BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Ödüllerini kazandı.


Bu üç ödül sahibi, fizikçilerin bir atomdaki elektronların hareketini bir attosaniye ölçeğinde gözlemlemelerine olanak tanıyan en son teknikleri geliştirmeyi başardı. Salamanca Üniversitesi’nde kadrolu profesör, “Bu, aştığımız acımasız bir bilgi sınırıdır” diyor. “Bu, bu kadar kısa süreçlerde zamanın nasıl değiştiğini görmemizi sağlıyor” diyor. “Var olan en kısa zaman diliminde” diye ekliyor. 0.000000000000001 saniye kadar.

Madrid Özerk Üniversitesi’nde Fiziksel Kimya profesörü ve IMDEA’nın bilimsel direktörü Fernando Martín, “Bu, kendi bedenlerimiz de dahil olmak üzere maddeyi oluşturan tüm atomlarda elektronların hareket ettiği zaman ölçeğidir” diyor. üç kazananın adayı. Hernandez, “Elektronların hareketini nanosaniyeler içinde kontrol ederek bilgisayarlar yaptıysak, bir milyon saniye daha hızlı kontrol ederek neler yapabileceğimizi hayal edin,” diye yanıtlıyor Hernandez.


atomik devrim



Bu devrim niteliğindeki keşifteki ilk adım, 1980’lerin sonunda Lund Üniversitesi’nde (İsveç) Anne L’Huillier’in çalışma alanında atıldı. Fransız fiziği, lazer ışığı darbelerini madde ile etkileştirerek şimdiye kadar ulaşılan en yüksek frekansa ulaştı.

Atomları kızılötesi lazer ışığının kısa ve yoğun darbelerine maruz bıraktığında ne olduğunu görmek istemesinden sonra gelen bir keşif. Sonuç beklendiği gibi olmadı ama atomların çok yüksek frekanslarda ışık dalgaları yaydığını görünce şaşırdı. L’Huillier, “Çok büyüleyiciydi, bir attosaniye darbesi üretmenin ilk adımıydı,” diyor. «Lazer, bir kayaya iliştirilmiş bir yosun üzerindeki deniz dalgaları gibi atomlara etki eder. Bir dalga her geldiğinde, alg tamamen uzar, ancak dalga geri çekildiğinde geri çekilir. Alglerin dalgalarla uyum içinde yukarı ve aşağı salınmasının nedeni budur. Aynı şekilde, bir lazer darbesinin gelmesi, atomları çevreleyen elektronların uzaklaşmasına ve lazer darbesi geri çekildiğinde ilk konumlarına geri dönmelerine neden oldu” diye açıklıyor.

Bu teorik temel, yıllar sonra Paul Corkum (Kanada’daki Ottawa Üniversitesi) ve Ferenc Krausz’un (Max Planck Kuantum Optik Enstitüsü) “şimdiye kadar yaratılmış en kısa ışık darbelerini üretmenin temeli olabileceği” sonucuna vardı. Her ikisi de, genel olarak, küçüklerin evrenini gözlemlemek için kısa ışık atımlarının araç olduğunu akılda tutuyordu.

Bununla birlikte, nabızlar kısa olmasına rağmen art arda birçok kez arka arkaya geldiğinden, her şey başarılı olmadı. “Tam darbe dizisine sahip olmak, aşağı yukarı çok yüksek deklanşör hızına sahip bir kameraya sahip olmaya benzer. Ancak deklanşörü bir kez açmak yerine, sürekli açıp kapatıyor ve bu genellikle pek yardımcı olmuyor. İstediğiniz şey, tek bir fotoğraf çekmek için deklanşörü bir kez açıp çok hızlı kapatabilmek,” diye açıklıyor Krausz.

Bu ışık darbesini izole etmek için, L’Huillier örneğini izleyerek deniz dalgasını oluşturan kızılötesi ışığın ilk darbesini kısaltmaya karar verdiler, böylece elektron, bu durumda algler, sadece bir kez yukarı ve aşağı hareket etti. . BBVA Vakfı yaptığı açıklamada, “Yaklaşık yüz attosaniye süren tek bir ışık darbesini bu şekilde elde ettiler.” Krausz, “Bu, deneysel attofiziğin doğuşu” diyor.


gelecekteki uygulamalar



Artık attosaniye fiziği potansiyelini açıkça gösterdiğine göre, kazananlar doğanın yapıldığı maddeye dair derinlemesine bir anlayış kazanmak ve elektronik gibi alanlarda olası uygulamaları geliştirmek için ondan en iyi şekilde yararlanmaya çalışıyor. biyotıp. L’Huillier, “Bu araştırma alanı birçok yönde genişliyor” diyor.

Hernández, “Uygulamada daha temkinliyim” diyor. “Şimdi bunun ne olduğunu keşfediyoruz ve örneğin bir kimyasal reaksiyonun filmlerini çekiyoruz” diye detaylandırıyor. “Görerseniz, belki daha sonra kopyalayabilirsiniz ve bu çok ilginç ve çok önemli” diye ekliyor.

Krausz, gözünü bilgisayar alanına dikiyor. Elektronlar nano devrelerde son derece önemli bir rol oynuyorlar, elektrik akımını açıp kapatmaktan ve böylece bilgiyi sürekli artan hızlarda işlemekten sorumlular. Daha güçlü bilgisayarlar oluşturmak için sinyal işlemeyi hızlandırmak istiyorsak” diye anlatıyor. Carlos Hernández, “Bir malzemede ısının nasıl dağıldığını bilmek ve yarı iletkenler konusunda ilerlemek de önemli olabilir” diye ekliyor.

Ancak, Ferenc Krausz’un çalışması bu kapsamın ötesine geçiyor ve bu darbelerin hastalıkları teşhis etmek için biyomedikal potansiyelini şimdiden araştırıyor. Macar-Avusturyalı fizikçi, “Bu teknikle sekiz farklı kanser türünü tespit edebildik” diyor. Bilim insanına göre bu ölçümler, gelecekte pek çok hastalığın erken teşhisi için çok faydalı olabilir. Krausz şu anda birkaç yıl boyunca 10.000 kişiyle yapılan bir klinik deneyle sonuçları doğrulamaya çalışıyor ve bunun on yıl içinde uygulanabileceğini umuyor.