Нобелівська премія з фізики за 2023 рік

5 октября 2023 г., 17:05

Нобелівська премія з фізики присуджена трьом вченим за дослідження того, як рухаються електрони.

Методи, створені в результаті роботи П’єра Агостіні, Ференца Крауза та Анни Л’Юльє, дозволяють вченим фіксувати рух субатомних частинок, що рухаються з неможливими швидкостями.

Нобелівська премія з фізики була присуджена у вівторок П’єру Агостіні, Ференцу Краузу та Анн Л’Юльє за методи, які висвітлюють субатомну сферу електронів, забезпечуючи новий погляд на раніше недосліджену область.
Електрони рухаються зі швидкістю приблизно 68 км/с. Така швидкість давно унеможливила їх вивчення. Нові експериментальні методи, створені трьома вченими-лауреатами, використовують короткі світлові імпульси для фіксації руху електрона в один момент часу.

Щоб вивчити рух електронів, вченим довелося використовувати імпульси світла, які тривали лише в масштабі аттосекунд; атосекунда - це одна квінтильйонна частка секунди. За даними Королівської шведської академії наук, яка присуджує Нобелівські премії, кількість аттосекунд в одній секунді дорівнює кількості всіх секунд, що минули з моменту виникнення Всесвіту 13,8 мільярда років тому.

Хто ж переможці?
82-річний П’єр Агостіні є почесним професором Університету штату Огайо. Він здобув освіту у Франції.

61-річний Ференц Крауз займає посаду директора Інституту квантової оптики Макса Планка в Німеччині та професором експериментальної фізики в Мюнхенському університеті імені Людвіга Максиміліана.

65-річна Анна Л’Юльє — професор Лундського університету у Швеції.

Доктор Л’Юльє є п’ятою жінкою, яка отримала премію з фізики. Останньою жінкою, визнаною в цій категорії, була у 2020 році астрофізик Андреа Гез (Andrea Ghez).

У 1987 році д-р Л’Юльє заклала основу для дослідження на рівні електронів, вивчаючи вплив інтенсивного лазерного освітлення на благородні гази — безбарвні, одноатомні гази без запаху з низькою хімічною реакційною здатністю. Вона виявила, що лазер, впливаючи на газ, змушує його випромінювати світло на особливих частотах.

Світло — це електромагнітна хвиля, яка характеризується вершинами та спадами, відстань яких залежить від її частоти. Ці хвилі взаємодіють одна з одною під час руху, стаючи більш інтенсивними, коли гребені стикаються одна з одною, і гасять одна одну, коли гребінь збігається з провалом. Робота доктора Л’Юльє виявила можливість для цих хвиль правильно вибудовуватися, щоб створювати короткі імпульси світла, які можна використовувати для вивчення електронів.

Але вчені не були впевнені, як поєднати ці хвилі чи виміряти такі короткі імпульси до 2001 року, коли доктор Агостіні успішно продемонстрував метод створення серії світлових імпульсів тривалістю 250 аттосекунд. Незалежно від цього доктор Крауз використав іншу техніку, щоб створити один імпульс світла тривалістю 650 аттосекунд. Подальші досягнення зробили можливим отримувати імпульси тривалістю кілька десятків атосекунд.

Вчені можуть використовувати цей субатомний «стробоскоп», щоб зробити знімок внутрішньої роботи атомів. Ефект не створить реальних зображень, але розкриє інформацію про відносне розташування електронів навколо атома або всередині молекул, а також про час, який потрібно, щоб відтягнути їх від ядра, з яким вони зв’язані. Атосекундна фізика також дозволить вченим вимірювати час вивільнення електронів з матеріалу, коли на нього потрапляє світло. Альберт Ейнштейн отримав Нобелівську премію з фізики 1921 року за створення теорії цього явища, відомого як фотоефект.

Доступ до надшвидкого світу руху електронів також може призвести до прогресу в схемотехніці, дизайні ліків і матеріалах, що використовуються для батарей, а також до неінвазивних діагностичних інструментів у медицині.