F'avviż monumentali filgħaxija tat-3 ta' Ottubru 2023, ġie żvelat il-Premju Nobel fil-Fiżika għas-sena 2023, li jirrikonoxxi l-kontribuzzjonijiet eċċellenti ta' tliet xjentisti li kellhom rwoli kruċjali bħala pijunieri fil-qasam tat-teknoloġija tal-lejżer attosekondi.

It-terminu "lejżer tal-attosekondi" jieħu ismu mill-iskala ta' żmien inkredibilment qasira li jopera fuqha, speċifikament fl-ordni tal-attosekondi, li tikkorrispondi għal 10^-18-il sekonda. Biex nifhmu s-sinifikat profond ta' din it-teknoloġija, huwa importanti ħafna li nifhmu x'jiġifieri attosekondi. Attosekondi tirrappreżenta unità ta' żmien żgħira ħafna, li tikkostitwixxi biljuneżmu ta' biljuneżmu ta' sekonda fil-kuntest usa' ta' sekonda waħda. Biex inpoġġu dan f'perspettiva, kieku kellna nxebbhu sekonda ma' muntanja għolja, attosekondi tkun simili għal qamħa waħda tar-ramel imdaħħla fil-bażi tal-muntanja. F'dan l-intervall temporali qasir, anke d-dawl bilkemm jista' jaqsam distanza ekwivalenti għad-daqs ta' atomu individwali. Permezz tal-użu tal-lejżers tal-attosekondi, ix-xjentisti jiksbu l-kapaċità bla preċedent li jiskrutinizzaw u jimmanipulaw id-dinamika kumplessa tal-elettroni fi ħdan strutturi atomiċi, simili għal ripetizzjoni bil-mod frejm b'frejm f'sekwenza ċinematika, u b'hekk jidħlu fil-fond fl-interazzjoni tagħhom.

Lejżers tal-attosekondijirrappreżentaw il-qofol ta’ riċerka estensiva u sforzi konġunti mix-xjentisti, li sfruttaw il-prinċipji tal-ottika mhux lineari biex ifasslu lejżers ultraveloċi. Il-miġja tagħhom tatna punt ta’ vantaġġ innovattiv għall-osservazzjoni u l-esplorazzjoni tal-proċessi dinamiċi li jseħħu fl-atomi, il-molekuli, u anke l-elettroni f’materjali solidi.

Biex tiġi ċċarata n-natura tal-lejżers tal-attosekondi u jiġu apprezzati l-attributi mhux konvenzjonali tagħhom meta mqabbla mal-lejżers konvenzjonali, huwa imperattiv li tiġi esplorata l-kategorizzazzjoni tagħhom fi ħdan il-"familja tal-lejżers" usa'. Il-klassifikazzjoni skont it-tul tal-mewġa tpoġġi l-lejżers tal-attosekondi predominantement fil-medda ta' frekwenzi ultravjola għal raġġi-X rotob, li jfisser it-tul tal-mewġ notevolment iqsar tagħhom b'kuntrast mal-lejżers konvenzjonali. F'termini ta' modi ta' ħruġ, il-lejżers tal-attosekondi jaqgħu taħt il-kategorija ta' lejżers pulsati, ikkaratterizzati mit-tul tal-impulsi qasir ħafna tagħhom. Biex issir analoġija għaċ-ċarezza, wieħed jista' jimmaġina lejżers ta' mewġa kontinwa bħala simili għal flashlight li temetti raġġ kontinwu ta' dawl, filwaqt li l-lejżers pulsati jixbħu dawl strobe, li jalterna malajr bejn perjodi ta' illuminazzjoni u dlam. Essenzjalment, il-lejżers tal-attosekondi juru mġiba pulsanti fi ħdan l-illuminazzjoni u d-dlam, iżda t-tranżizzjoni tagħhom bejn iż-żewġ stati sseħħ bi frekwenza tal-għaġeb, u tilħaq ir-renju tal-attosekondi.

Kategorizzazzjoni ulterjuri skont il-qawwa tpoġġi l-lejżers fi gruppi ta' qawwa baxxa, qawwa medja, u qawwa għolja. Il-lejżers tal-attosekondi jiksbu qawwa massima għolja minħabba t-tul ta' żmien qasir ħafna tal-impulsi tagħhom, li jirriżulta f'qawwa massima evidenti (P) – definita bħala l-intensità tal-enerġija għal kull unità ta' ħin (P=W/t). Għalkemm l-impulsi individwali tal-lejżer tal-attosekondi jistgħu ma jkollhomx enerġija eċċezzjonalment kbira (W), il-firxa temporali mqassra tagħhom (t) tagħtihom qawwa massima elevata.

F'termini ta' oqsma ta' applikazzjoni, il-lejżers ikopru spettru li jinkludi applikazzjonijiet industrijali, mediċi u xjentifiċi. Il-lejżers tal-attosekondi primarjament isibu n-niċċa tagħhom fil-qasam tar-riċerka xjentifika, partikolarment fl-esplorazzjoni ta' fenomeni li jevolvu malajr fl-oqsma tal-fiżika u l-kimika, u joffru tieqa għall-proċessi dinamiċi rapidi tad-dinja mikrokosmika.

Il-kategorizzazzjoni skont il-mezz tal-lejżer tiddeskrivi l-lejżers bħala lejżers tal-gass, lejżers ta' stat solidu, lejżers likwidi, u lejżers semikondutturi. Il-ġenerazzjoni ta' lejżers attosekondi tipikament tiddependi fuq mezz tal-lejżer tal-gass, li jikkapitalizza fuq effetti ottiċi mhux lineari biex jiġġenera armoniċi ta' ordni għolja.

Fil-qosor, il-lejżers tal-attosekondi jikkostitwixxu klassi unika ta' lejżers b'impulsi qosra, distinti mit-tul tal-impulsi straordinarjament qosra tagħhom, tipikament imkejla f'attosekondi. B'riżultat ta' dan, saru għodod indispensabbli għall-osservazzjoni u l-kontroll tal-proċessi dinamiċi ultraveloċi tal-elettroni fi ħdan l-atomi, il-molekuli u l-materjali solidi.

Il-Proċess Elaborat tal-Ġenerazzjoni tal-Laser tal-Attosekondi

It-teknoloġija tal-lejżer attosekondi tinsab fuq quddiem nett fl-innovazzjoni xjentifika, tiftaħar b'sett ta' kundizzjonijiet intriganti u rigorużi għall-ġenerazzjoni tagħha. Biex niċċaraw l-intriċċitajiet tal-ġenerazzjoni tal-lejżer attosekondi, nibdew b'espożizzjoni konċiża tal-prinċipji sottostanti tagħha, segwita minn metafori ħajjin derivati ​​minn esperjenzi ta' kuljum. Qarrejja li mhumiex imħarrġa fl-intriċċitajiet tal-fiżika rilevanti m'għandhomx għalfejn jaqtgħu qalbhom, peress li l-metafori li jirriżultaw għandhom l-għan li jagħmlu l-fiżika fundamentali tal-lejżers attosekondi aċċessibbli.

Il-proċess ta' ġenerazzjoni ta' lasers attosecond jiddependi primarjament fuq it-teknika magħrufa bħala Ġenerazzjoni Armonika Għolja (HHG). L-ewwelnett, raġġ ta' impulsi tal-laser femtosecond ta' intensità għolja (10^-15-il sekonda) huwa ffukat sew fuq materjal fil-mira gassuż. Ta' min jinnota li l-lasers femtosecond, simili għal-lasers attosecond, jaqsmu l-karatteristiċi li jippossjedu tul qasir ta' impuls u qawwa massima għolja. Taħt l-influwenza tal-kamp intens tal-laser, l-elettroni fl-atomi tal-gass jiġu lliberati momentarjament min-nuklei atomiċi tagħhom, u jidħlu temporanjament fi stat ta' elettroni ħielsa. Hekk kif dawn l-elettroni joxxillaw b'reazzjoni għall-kamp tal-laser, eventwalment jirritornaw u jerġgħu jingħaqdu man-nuklei atomiċi ġenituri tagħhom, u joħolqu stati ġodda ta' enerġija għolja.

Matul dan il-proċess, l-elettroni jiċċaqalqu b'veloċitajiet għoljin ħafna, u malli jerġgħu jingħaqdu man-nuklei atomiċi, jirrilaxxaw enerġija addizzjonali fil-forma ta' emissjonijiet armoniċi għoljin, li jimmanifestaw ruħhom bħala fotoni ta' enerġija għolja.

Il-frekwenzi ta’ dawn il-fotoni ta’ enerġija għolja ġġenerati ġodda huma multipli sħaħ tal-frekwenza oriġinali tal-lejżer, u jiffurmaw dak li jissejjaħ armoniċi ta’ ordni għolja, fejn "armoniċi" tindika frekwenzi li huma multipli integrali tal-frekwenza oriġinali. Biex jinkisbu lejżers tal-attosekondi, isir neċessarju li dawn l-armoniċi ta’ ordni għolja jiġu ffiltrati u ffukati, billi jintgħażlu armoniċi speċifiċi u jiġu kkonċentrati f’punt fokali. Jekk mixtieq, tekniki ta’ kompressjoni tal-impulsi jistgħu jqassru aktar it-tul tal-impuls, u jipproduċu impulsi ultra-qosra fil-medda tal-attosekondi. Evidentement, il-ġenerazzjoni ta’ lejżers tal-attosekondi tikkostitwixxi proċess sofistikat u b’ħafna aspetti, li jeħtieġ grad għoli ta’ ħila teknika u tagħmir speċjalizzat.

Biex niċċaraw dan il-proċess ikkumplikat, noffru parallel metaforiku bbażat fuq xenarji ta’ kuljum:

Impulsi tal-Laser Femtosekondi ta' Intensità Għolja:

Immaġina li tippossjedi katapulta eċċezzjonalment qawwija kapaċi li titfa' ġebel istantanjament b'veloċitajiet kolossali, simili għar-rwol li għandhom impulsi tal-lejżer femtosekondi ta' intensità għolja.

Materjal fil-Mira Gassuż:

Immaġina ġisem ta' ilma kwiet li jissimbolizza l-materjal fil-mira gassuż, fejn kull qatra ilma tirrappreżenta għadd kbir ta' atomi tal-gass. L-att li jiġu mbuttati l-ġebel f'dan il-ġisem ta' ilma jirrifletti b'mod analogu l-impatt ta' impulsi tal-lejżer femtosekondi ta' intensità għolja fuq il-materjal fil-mira gassuż.

Mozzjoni u Rikombinazzjoni tal-Elettroni (Imsejħa Tranżizzjoni Fiżikament):

Meta l-impulsi tal-lejżer femtosekondi jolqtu l-atomi tal-gass fil-materjal fil-mira gassuż, numru sinifikanti ta' elettroni ta' barra jiġu eċċitati momentarjament għal stat fejn jinqatgħu min-nuklei atomiċi rispettivi tagħhom, u jiffurmaw stat simili għall-plażma. Hekk kif l-enerġija tas-sistema sussegwentement tonqos (peress li l-impulsi tal-lejżer huma intrinsikament pulsati, b'intervalli ta' waqfien), dawn l-elettroni ta' barra jirritornaw fil-viċinanza tagħhom tan-nuklei atomiċi, u jirrilaxxaw fotoni ta' enerġija għolja.

Ġenerazzjoni Armonika Għolja:

Immaġina kull darba li qatra ilma taqa' lura fuq il-wiċċ tal-lag, toħloq ripples, bħal armoniċi għoljin fil-lejżers tal-attosekondi. Dawn ir-ripples għandhom frekwenzi u amplitudnijiet ogħla mir-ripples oriġinali kkawżati mill-polz tal-lejżer femtosekondi primarju. Matul il-proċess HHG, raġġ tal-lejżer qawwi, simili għal ġebel li jitfa' kontinwament, idawwal mira tal-gass, li tixbaħ il-wiċċ tal-lag. Dan il-kamp tal-lejżer intens imexxi l-elettroni fil-gass, analogi għar-ripples, 'il bogħod mill-atomi ġenituri tagħhom u mbagħad jiġbidhom lura. Kull darba li elettron jirritorna lejn l-atomu, jarmi raġġ tal-lejżer ġdid bi frekwenza ogħla, simili għal mudelli ta' ripple aktar kumplessi.

Iffiltrar u Fokus:

Il-kombinazzjoni ta' dawn ir-raġġi tal-lejżer iġġenerati ġodda tipproduċi spettru ta' diversi kuluri (frekwenzi jew wavelengths), li wħud minnhom jikkostitwixxu l-lejżer tal-attosekondi. Biex tiżola daqsijiet u frekwenzi speċifiċi ta' ripple, tista' tuża filtru speċjalizzat, simili għall-għażla tar-ripples mixtieqa, u tuża lenti biex tiffokahom fuq żona speċifika.

Kompressjoni tal-Polz (jekk meħtieġ):

Jekk l-għan tiegħek hu li tippropaga r-ripples aktar malajr u iqsar, tista' taċċellera l-propagazzjoni tagħhom billi tuża apparat speċjalizzat, u b'hekk tnaqqas il-ħin li ddum kull ripple. Il-ġenerazzjoni ta' lasers tal-attosekondi tinvolvi interazzjoni kumplessa ta' proċessi. Madankollu, meta tiġi mqassma u viżwalizzata, issir aktar komprensibbli.