2023. aasta Nobeli füüsikapreemia pälvisid elektronide maailma ukse avajad

2023. aasta Nobeli füüsikaauhinna pälvisid Pierre Agostini, Ferenc Krausz ja Anne L’Huillier katsemeetodite eest, mis on andnud inimkonnale uusi vahendeid aatomite ja molekulide sees olevate elektronide maailma uurimiseks.

Agostini, Krausz ja L’Huillier on näidanud viisi, kuidas luua ülilühikesi (attosekundilisi) valgusimpulsse, mille abil saab mõõta kiireid protsesse, milles elektronid liiguvad või energiat muudavad.

Kiiresti vahelduvad sündmused sumbuvad inimeste ajudes üksteisesse, nagu üksikutest piltidest koosnevat filmi tajutakse pideva liikumisena. Kui tahame uurida väga lühikesi sündmusi, vajame spetsiaalset tehnoloogiat. Elektronide maailmas toimuvad muutused mõne kümnendiku attosekundi jooksul – attosekund on nii lühike, et neid on ühes sekundis sama palju, kui on olnud sekundeid universumi sünnist saadik.

Laureaatide katsed on andnud nii lühikesi valgusimpulsse, et neid mõõdetakse attosekundites, mis näitab, et neid impulsse saab kasutada aatomite ja molekulide sees toimuvate protsesside kujutiste saamiseks.

1987. aastal avastas Anne L’Huillier, et infrapuna laservalgust läbi väärisgaasi edastades tekkis palju erinevaid valguse ülemtoone. Iga ülemtoon on valguslaine, millel on etteantud arv tsükleid iga tsükli jaoks laservalguses. Need on põhjustatud laservalgusest, mis interakteerub gaasi aatomitega; see annab mõnele elektronile lisaenergiat, mis seejärel valgusena eraldub.

2001. aastal õnnestus aga Pierre Agostinil luua ja uurida järjestikuste valgusimpulsside seeriat, kus iga impulss kestis vaid 250 attosekundit. Samal ajal töötas Ferenc Krausz teist tüüpi katsega, mis võimaldas eraldada üksiku valgusimpulsi, mis kestis vaid 650 attosekundit.

Laureaatide panus on võimaldanud uurida protsesse, mis on nii kiired, et neid polnud varem võimalik jälgida, märgib auhinnakomitee.

„Nüüd saame avada ukse elektronide maailma. Attosekundi füüsika annab meile võimaluse mõista elektronide poolt juhitavaid mehhanisme. Järgmine samm on nende kasutamine,“ ütleb Nobeli füüsikakomitee esimees Eva Olsson.

Avastuste võimalikke rakendusi on paljudes erinevates valdkondades. Näiteks elektroonikas on oluline mõista ja kontrollida, kuidas elektronid materjalis käituvad. Atosekundilisi impulsse saab kasutada ka erinevate molekulide tuvastamiseks, näiteks meditsiinilises diagnostikas.