Атточили мастерство: лауреаты Нобелевки по физике погрузились в микромир
Во вторник, 3 октября, были объявлены лауреаты Нобелевской премии по физике. Ее присудили трем ученым за создание инструментов для генерации сверхкоротких импульсов света. Их длина измеряется в аттосекундах — единице времени в 10-18 короче секунды. Такие импульсы позволяют наблюдать движение электронов внутри атомов, что открывает широкие возможности для исследования микромира. Эксперты рассказали «Известиям» о перспективах применения этих инструментов и об аналогичных исследованиях, которые проводятся в России.
Сверхкороткие импульсы
Нобелевская премия по физике 2023 года присуждена Пьеру Агустини, Ференцу Краушу и Энн Л'Уилье. Ученых наградили за создание инструментов, которые позволили генерировать сверхкороткие импульсы света — длительностью всего в несколько десяткой аттосекунд (то есть 10-18 секунды).
«Эксперименты лауреатов позволили получить сверхкороткие световые импульсы, измеряемые в аттосекундах, и тем самым продемонстрировать, что эти импульсы можно использовать для получения изображений процессов внутри атомов и молекул», — говорится в сообщении Нобелевского комитета по физике.
По словам председателя Нобелевского комитета по физике Евы Олссон, аттосекундная физика дает возможность понять механизмы, которые управляют электронами.
Ученый Ференц Крауш празднует получение Нобелевской премии
Каждый из представленных к почетной награде ученых внес свой значительный вклад в развитие этого направления. В частности, венгерско-австрийский физик Ференц Крауш вместе со своей исследовательской группой был первым, кто преуспел в генерации и измерении светового импульса длительностью менее фемтосекунды. То есть в несколько сотен аттосекунд.
Французско-американскому физику-экспериментатору Пьеру Агостини в 2001 году удалось создать и исследовать серию последовательных световых импульсов, каждый из которых длился всего 250 аттосекунд. А в 2003 году группа в Лундском университете в Швеции под руководством французского физика Энн Л'Уилье побила мировой рекорд с наименьшим лазерным импульсом в 170 аттосекунд.
— Процессы, которые происходят внутри атома, очень быстрые. И их исследование возможно с помощью сверхкоротких оптических импульсов длиной в десятки тысяч раз меньше миллиметра. Достижение ученых, которые получили Нобелевскую премию, в том, что они создали инструменты, которые генерируют такой импульс, — объяснил «Известиям» заместитель директора по научной работе Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН Олег Бутов.
Профессор Энн Л'Уилье
Он отметил, что фемтосекундный диапазон, который в тысячу раз длиннее, чем аттосекундный, уже давно освоен и используется во всем мире научных и промышленных целях. Поэтому открытие новых нобелевских лауреатов по физике — это следующая ступенька, которая открывает новые возможности в познании мира.
Изучение электронов
Олег Бутов акцентировал внимание на том, что сейчас многие ученые занимаются этим направлением. Однако Нобелевская премия дается всемирно признанным лидерам, которые осуществили прорыв в науке. С этой точки зрения выбор нобелиатов вполне обоснован.
— Все три лауреата заложили основу аттосекундной физики, но формулировка Нобелевская комитета — общая для всех, так как каждый из них внес свой значительный вклад в эти исследования. Нужно отметить, что Ференц Крауш — это руководитель большого Института Макса Планка в Германии, где вывели генерацию аттосекунд на технологический уровень. Они сделали очень много для того, чтобы получить одиночные импульсы. Благодаря этому технологию сейчас смогут использовать исследователи по всему миру, — объяснил профессор МГУ им. M.В. Ломоносова, грантополучатель Российского научного фонда Андрей Савельев-Трофимов.
Пресс-конференция профессора Л'Уилье в Лундском университете
Ученый добавил, что в перспективе технология дает возможность специалистам управлять электронами. Однако практического применения для этого пока нет. В большей степени это фундаментальный интерес.
— Эти открытия нужны для спектроскопии (раздел науки, изучающий спектры электромагнитного излучения в зависимости от его длины волны или частоты. — «Известия») и всякого рода физики высоких энергий, когда создаются мощные поля. То есть для исследовательских целей, — рассказал заместитель завкафедрой химической физики Московского физико-технического института Виктор Надточенко.
По словам эксперта, в будущем развитие этих исследований приведет к созданию новых крупных разделов в физической науке. В настоящий момент перспективно применение таких инструментов для изучения электронной плотности (то есть вероятности распределения электронов) в атомах, молекулах или кристаллах. Это даст возможность создавать новые материалы и открывать их новые свойства.
Как отметил Андрей Савельев-Трофимов, подобные исследования — достаточно дорогие и трудоемкие. В России они также получают свое развитие. В том числе в Национальном центре физики и математики в Сарове, где планируют создать лабораторию аттосекундной физики и приступить к экспериментам в этой области.
В МГУ, по словам ученого, уже есть работающая лазерная установка, на которой сейчас начинают разворачивать эксперименты по аттосекундам. Однако идея российских специалистов подразумевает немного другой способ генерировать аттосекундные импульсы, чем в технологии, предложенной в исследованиях нобелевских лауреатов.
На этой неделе в Стокгольме и Осло будут объявлять имена всех лауреатов Нобелевской премии 2023 года. В среду, 4 октября, назовут нобелиатов по химии. В четверг, 5 октября, станет известен победитель в номинации «Литература», в пятницу — обладатель премии мира.
