Фізики зазирнули… в приватне життя електронів (Нобелівська премія з фізики 2023 року)

Цього року Нобелівську премію з фізики присуджено трьом дослідникам: П’єру Агостіні (Pierre Agostini) з Університету штату Огайо (США), Ференцу Краушу (Ferenc Krausz) з Інституту квантової оптики Макса Планка та Мюнхенського університету Людвіга Максиміліана (Німеччина), а також Енн Л’Юйє (Anne L...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2023
Автори:	Вовк, Р.В., Пойда, В.П., Лимар, В.І.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2023
Назва видання:	Вісник НАН України
Теми:	Статті та огляди
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/201631
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Фізики зазирнули… в приватне життя електронів (Нобелівська премія з фізики 2023 року) / Р.В. Вовк, В.П. Пойда, В.І. Лимар // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 12. — С. 26-32. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-201631
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-2016312025-01-26T20:14:52Z Фізики зазирнули… в приватне життя електронів (Нобелівська премія з фізики 2023 року) Вовк, Р.В. Пойда, В.П. Лимар, В.І. Статті та огляди Цього року Нобелівську премію з фізики присуджено трьом дослідникам: П’єру Агостіні (Pierre Agostini) з Університету штату Огайо (США), Ференцу Краушу (Ferenc Krausz) з Інституту квантової оптики Макса Планка та Мюнхенського університету Людвіга Максиміліана (Німеччина), а також Енн Л’Юйє (Anne L’Huillier) з Лундського університету (Швеція) за «експериментальні методи, які генерують атосекундні імпульси світла для вивчення динаміки електронів у матерії». Лауреати виконали основоположні фізичні експерименти, спрямовані на отримання гранично коротких лазерних імпульсів, що привело до зародження нового наукового напряму — атосекундної фізики, метою якої є вивчення та розвиток методів вимірювання й контролю швидкоплинних явищ електронної динаміки в атомах речовини. З іншого боку, залишається актуальною більш технічна експериментальна проблема, пов’язана з генерацією окремих високоенергетичних атосекундних лазерних імпульсів, придатних для подальшого використання як джерела надшвидкої накачки досліджуваних зразків. This year the Nobel Prize in Physics was awarded to three researchers: Pierre Agostini from Ohio State University (USA), Ferenc Krausz from Max Planck Institute of Quantum Optics and Ludwig-Maximilians-Universität München (Germany), and Anne L’Huillier from Lund University (Sweden) “for experimental methods that generate attosecond pulses of light for the study of electron dynamics in matter”. The laureates conducted fundamental physical experiments aimed at obtaining extremely short laser pulses, which led to the emergence of a new scientific field — attosecond physics, the purpose of which is the study and development of methods for measuring and controlling the rapid electronic dynamics phenomena in the atoms of matter. On the other hand, a more technical experimental problem related to the generation of separate high-energy attosecond laser pulses, suitable for further use as sources of ultrafast pumping of the studied samples, remains relevant. 2023 Article Фізики зазирнули… в приватне життя електронів (Нобелівська премія з фізики 2023 року) / Р.В. Вовк, В.П. Пойда, В.І. Лимар // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 12. — С. 26-32. — укр. 1027-3239 DOI: doi.org/10.15407/visn2023.12.026 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/201631 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Статті та огляди Статті та огляди
spellingShingle	Статті та огляди Статті та огляди Вовк, Р.В. Пойда, В.П. Лимар, В.І. Фізики зазирнули… в приватне життя електронів (Нобелівська премія з фізики 2023 року) Вісник НАН України
description	Цього року Нобелівську премію з фізики присуджено трьом дослідникам: П’єру Агостіні (Pierre Agostini) з Університету штату Огайо (США), Ференцу Краушу (Ferenc Krausz) з Інституту квантової оптики Макса Планка та Мюнхенського університету Людвіга Максиміліана (Німеччина), а також Енн Л’Юйє (Anne L’Huillier) з Лундського університету (Швеція) за «експериментальні методи, які генерують атосекундні імпульси світла для вивчення динаміки електронів у матерії». Лауреати виконали основоположні фізичні експерименти, спрямовані на отримання гранично коротких лазерних імпульсів, що привело до зародження нового наукового напряму — атосекундної фізики, метою якої є вивчення та розвиток методів вимірювання й контролю швидкоплинних явищ електронної динаміки в атомах речовини. З іншого боку, залишається актуальною більш технічна експериментальна проблема, пов’язана з генерацією окремих високоенергетичних атосекундних лазерних імпульсів, придатних для подальшого використання як джерела надшвидкої накачки досліджуваних зразків.
format	Article
author	Вовк, Р.В. Пойда, В.П. Лимар, В.І.
author_facet	Вовк, Р.В. Пойда, В.П. Лимар, В.І.
author_sort	Вовк, Р.В.
title	Фізики зазирнули… в приватне життя електронів (Нобелівська премія з фізики 2023 року)
title_short	Фізики зазирнули… в приватне життя електронів (Нобелівська премія з фізики 2023 року)
title_full	Фізики зазирнули… в приватне життя електронів (Нобелівська премія з фізики 2023 року)
title_fullStr	Фізики зазирнули… в приватне життя електронів (Нобелівська премія з фізики 2023 року)
title_full_unstemmed	Фізики зазирнули… в приватне життя електронів (Нобелівська премія з фізики 2023 року)
title_sort	фізики зазирнули… в приватне життя електронів (нобелівська премія з фізики 2023 року)
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2023
topic_facet	Статті та огляди
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/201631
citation_txt	Фізики зазирнули… в приватне життя електронів (Нобелівська премія з фізики 2023 року) / Р.В. Вовк, В.П. Пойда, В.І. Лимар // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 12. — С. 26-32. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT vovkrv fízikizazirnulivprivatnežittâelektronívnobelívsʹkapremíâzfíziki2023roku AT pojdavp fízikizazirnulivprivatnežittâelektronívnobelívsʹkapremíâzfíziki2023roku AT limarví fízikizazirnulivprivatnežittâelektronívnobelívsʹkapremíâzfíziki2023roku
first_indexed	2025-07-17T08:55:52Z
last_indexed	2025-07-17T08:55:52Z
_version_	1837883775106678784
fulltext	26 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (12) doi: https://doi.org/10.15407/visn2023.12.026 ФІЗИКИ ЗАЗИРНУЛИ… В ПРИВАТНЕ ЖИТТЯ ЕЛЕКТРОНІВ Нобелівська премія з фізики 2023 року Цього року Нобелівську премію з фізики присуджено трьом дослідникам: П’єру Агостіні (Pierre Agostini) з Університету штату Огайо (США), Ференцу Краушу (Ferenc Krausz) з Інституту квантової оптики Макса Планка та Мюнхенського університету Людвіга Максиміліана (Німеччи- на), а також Енн Л’Юйє (Anne L’Huillier) з Лундського університету (Шве- ція) за «експериментальні методи, які генерують атосекундні імпульси світла для вивчення динаміки електронів у матерії». Лауреати виконали основоположні фізичні експерименти, спрямовані на отримання гранично коротких лазерних імпульсів, що привело до зародження нового наукового напряму — атосекундної фізики, метою якої є вивчення та розвиток ме- тодів вимірювання й контролю швидкоплинних явищ електронної динаміки в атомах речовини. З іншого боку, залишається актуальною більш техніч- на експериментальна проблема, пов’язана з генерацією окремих високое- нергетичних атосекундних лазерних імпульсів, придатних для подальшого використання як джерела надшвидкої накачки досліджуваних зразків. Ключові слова: Нобелівська премія з фізики 2023 року, П’єр Агості- ні, Ференц Крауш, Енн Л’Юйє, атосекундні лазерні імпульси, динаміка електронів, електрон-іонна реколізія. Атосекундна фізика. Завдяки зусиллям трьох фізиків, П’єра Агостіні, Ференца Крауша та Енн Л’Юйє, які віднині вже здо- були світове визнання, вдалося зазирнути в утаємничене жит- тя-буття електронів. Як зазначено у пресрелізі Нобелівського комітету, ці вчені розробили «експериментальні методи генера- ції атосекундних лазерних імпульсів для вивчення електронної динаміки всередині речовини». Науковий доробок цьогорічних нобелівських лауреатів з фізики «забезпечує людство новими інструментами для дослідження світу електронів усередині атомів чи молекул… із використанням надкоротких лазерних імпульсів, які застосовні для вимірювань швидких процесів електронного руху та обміну енергією». Наукова спільнота так високо оцінила наукові здобутки П’єра Агостіні, Ференца Крауша і Енн Л’Юйє тому, що до їхніх відкриттів усе, що відбувається з електронами в речовині, було таємницею «за сімома печатками». ВОВК Руслан Володимирович — член-кореспондент НАН України, декан фізичного факультету Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна ПОЙДА Володимир Павлович — доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри експериментальної фізики фізичного факультету Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна ЛИМАР Валентин Іванович — старший викладач кафедри фізичної оптики фізичного факультету Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 12 27 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ У 1925 р. фундатори сучасної квантової ме- ханіки Нільс Бор і Вернер Гейзенберг сфор- мулювали концепцію квантового стрибка — практично миттєвого переходу електронів з одного енергетичного рівня на інший всере- дині збудженого атома. Тоді вважали, що екс- периментально «відстежити» процес такого переходу неможливо через його надзвичай- но малу тривалість. Проте сьогодні у рамках атосекундної фізики, «занурившись» у дослі- дження поведінки електрона в речовині, світо- ва наука отримала чимало можливостей для вивчення різноманітних фундаментальних фі- зичних процесів і явищ та створення новітніх технологій, які ще донедавна сприймалися як творча вигадка письменників-фантастів. Усі ми знаємо, що об’єкт, який швидко ру- хається, дуже важко сфотографувати. Як пра- вило, використовуючи звичайний спосіб фото- зйомки, за допомогою оптичного чи цифрово- го фотоапарата ми отримуємо нечітке, змазане або ж розмите зображення предмета. Для того щоб отримати чітке зображення предметів, що рухаються з великою швидкістю, або для фіксації різних етапів процесів, що відбува- ються дуже швидко, є спеціальні методи — або застосовують «швидкісні» фотокамери, або освітлюють об’єкт фотозйомки короткочасни- ми стробоскопічними спалахами світла, щоб зробити його освітленим, видимим не весь час зйомки, а лише протягом деякого невеликого проміжку часу, меншого, ніж тривалість про- цесу, який потрібно сфотографувати. Дещо подібну, але все-таки набагато склад- нішу проблему маємо і з електроном в атомі чи молекулі. Його швидкість руху становить більш як 50 км/с, а квантова природа цієї мі- крочастинки принципово виключає можли- вість отримати будь-яке чітке зображення. Однак, використовуючи дуже короткі, атосе- кундні лазерні імпульси світла (1 ас = 10−18 с), фізикам вдається розрізнити окремі етапи процесу перебудови просторової структури електронної хмари під час переходу електрона всередині атома чи молекули речовини. Отже, використання саме атосекундних ла- зерних імпульсів, як виявилося, є принципово Фото: Ohio State University П’єр Агостіні (Pierre Agostini) — французько-американський фізик-експериментатор, відомий винаходом методу RABBITT для характерис- тики атосекундних світлових імпульсів, почесний про- фесор Університету штату Огайо (США). П’єр Агостіні народився в Тунісі 23 липня 1941 р. Ступінь бакалавра здобув у 1959 р. в національній вій- ськовій школі Притане в Ла-Флеш (Франція), потім вивчав фізику в Університеті Екс-Марсель, де згодом здобув ступінь магістра, а в 1968 р. — PhD ступінь з оптики за роботу, присвячену багатошаровим діелек- тричним фільтрам для ультрафіолету. Після здобуття докторського ступеня до 2002 р. був дослідником у Центрі ядерних досліджень Сакле Комісаріату з атомної енергії Франції (CEA), працю- вав у лабораторії Жерара Мейнфрея і Клода Мануса, досліджуючи багатофотонну іонізацію за допомогою потужного лазера. Саме там у 1979 р. вперше було спо- стережено надпорогову іонізацію в ксеноні. У 2001 р. Агостіні разом з Гармом Гертом Мюллером з Нідер- ландського фонду фундаментальних досліджень мате- рії (FOM) вдалося створити серію імпульсів триваліс- тю 250 атосекунд. У 2002—2004 рр. був запрошеним фахівцем у Брукгейвенській національній лабораторії (штат Нью-Йорк), а з 2005 р. став професором фізики в Університеті штату Огайо (США). У 2012 р. група вчених, до якої входив і Агостіні, вперше показала рух атомів усередині молекули за допомогою камери для надшвидкої зйомки. П’єр Агостіні — член Оптичного товариства Аме- рики (OSA) «за лідерство в розробленні інноваційних експериментів, які дають нове розуміння динаміки не- лінійного відгуку атомів і молекул під дією сильних інф- рачервоних лазерних імпульсів» (2008), лауреат премії Гюстава Рібо Французької академії наук (1995), премії Гея-Люссака—Гумбольдта (2003), премії Вільяма Мег- герса зі спектроскопії Оптичного товариства Америки (2007). 28 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ важливим для вивчення процесу електронного переходу. Однак повернемося до витоків і з’ясуємо, звідки бере свій початок атосекундна фізика. Історія атосекундної фізики розпочалася в другій половині 1980-х років в одній з лабора- торій інституту, який пізніше став підрозділом Університету Парижа в Сакле у Франції. Там молода дослідниця Енн Л’Юйє разом зі свої- ми співробітниками вивчала процес багатофо- тонної іонізації атомів аргону. Дія потужного (близько 1013 Вт/см2) лазерного інфрачерво- ного випромінювання приводила до переви- промінення світла атомами газу на серії більш високих частот. Такий результат свідчив про народження фотонів, кожний з яких мав енер- гію більшу, ніж енергія світлових частинок, які «запускали» процес. Усі ці частоти були обер- тонами вихідної лазерної частоти, подібно до повторення ноти на музичному інструменті, але на вищих октавах. Група Енн Л’Юйє спіль- но з Полом Коркумом (Paul Corkum) із Націо- нальної дослідницької ради в Оттаві (Канада) невдовзі дала пояснення фізичного механізму, завдяки якому газ генерував вищі гармоніки. Фактично це стало відкриттям нового фі- зичного явища, яке було названо реколізією. При взаємодії лазерної хвилі з атомом аргону її електричне поле, яке здатне іонізувати атом, звільняє електрон і віддаляє його від «бать- ківського» іона. Але якщо частота лазерного випромінювання є «правильно налаштова- ною», осцилююче поле лазерної хвилі швидко змінює свій напрямок на зворотний і штовхає електрон знову до «батьківського» іона, поки ці мікрочастинки ще не «забули» одна одну. При поверненні електрон має енергію більшу, ніж енергія, яку було витрачено під час іоніза- ції. І саме ця енергія виділяється у вигляді фо- тонів більш високої частоти. Зрозумівши, що ці фотони можна використати для генерації екстремально коротких імпульсів світла, Енн Л’Юйє започаткувала програму наукових до- сліджень, спрямованих на підвищення інтен- сивності випромінювання вищих гармонік. Принципову схему процесу електронно-іон- ної реколізії наведено на рисунку. Слід зазна- Фото: Daniel Gerst / Max Planck Institute of Quantum Optics Ференц Крауш (Ferenc Krausz) — австрійський фізик угорського походження, один із піо- нерів атосекундної фізики. Народився 17 травня 1962 р. у м. Мор в Угорщині. З 1981 по 1985 р. вивчав теоретичну фізику в Універси- теті Етвеша Лоранда та електротехніку в Технічному університеті Будапешта. Дослідницьку роботу розпо- чав в Інституті фізики Будапештського університету технології та економіки. Ступінь доктора філософії здобув у 1991 р. у Віденському технічному університеті (Австрія) і залишився працювати там спочатку доцен- том, а з 1999 р. — професором кафедри електротехніки. У 2003 р. Ференца Крауша було призначено дирек- тором Інституту квантової оптики Макса Планка (Німеччина), з 2004 р. він очолює також кафедру екс- периментальної фізики в Університеті Людвіга Макси- міліана в Мюнхені. У 2006 р. став співзасновником і одним з директорів Мюнхенського центру передової фотоніки (MAP). У 2015 р. заснував Центр перспективних лазерних засто- сувань у Мюнхені і став співзасновником Центру моле- кулярного дактилоскопування в Будапешті в 2019 р. Ференц Крауш — іноземний член-кореспондент Ав- стрійської академії наук (2003), іноземний член Угорської академії наук (2007), член Оптичного товариства Амери- ки (OSA) (2009), іноземний член Російської академії наук (2011), член Європейської академії (2012), член Німецької національної академії наук Леопольдина (2016). Він лауреат премії Фріца Кольрауша Австрійсько- го фізичного товариства (1994), премії Карла Цейса (1998), премії Вітгенштейна (2002), премії Юліуса Шпрінгера з прикладної фізики (2003), премії Лейбніца (2006), премії з квантової електроніки IEEE (2006), пре- мії за прогрес Королівського фотографічного товариства Великої Британії (2006), премії Отто Хана (2013), між- народної премії короля Фейсала (2013), премії Clarivate Citation з фізики спільно з Полом Коркумом (2015), пре- мії BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Award (2022), премії Вольфа з фізики спільно з Енн Л’Юйє і Полом Кор- кумом за «новаторський внесок у науку про надшвидкі лазери та атосекундну фізику» (2022). ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 12 29 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ чити, що саме тоді, коли реколізія відбувається в межах одного напівперіоду світлової хвилі, і формується атосекундний імпульс світла уль- трафіолетового діапазону. Започатковані Енн Л’Юйє наукові дослі- дження в Університеті Париж-Сакле продо- вжувалися, і в 2001 р. дослідницька група, але вже під керівництвом П’єра Агостіні, вперше досягла успіху в перетворенні описаного вище світла обертонів в імпульси атосекундного масштабу. Агостіні зі співробітниками дослі- джував серії імпульсів із тривалістю кожного по 250 атосекунд. При цьому важливо підкрес- лити, що саме П’єр Агостіні розвинув експери- ментальну методику вимірювання тривалості імпульсів і вперше підтвердив, що вони відбу- ваються в атосекундному режимі. А в 2003 р. наукова група під керівництвом Енн Л’Юйє, яка тоді вже працювала в Лунд- ському університеті, змогла побити цей своє- рідний світовий рекорд, створивши найменші на той час лазерні імпульси довжиною всього 170 атосекунд. Лазерний фокус. Слід зазначити, що, по- при значущість досягнення, всі перші успіш- ні експерименти з генерації атосекундних лазерних імпульсів мали один істотний не- долік — імпульси надто «поспішали» один за одним. Для використання таких імпульсів у дослідженнях з вивчення фізичних явищ ато- секундного часового масштабу потрібно було навчитися генерувати окремий, так званий ізольований, атосекундний імпульс. Техніку генерації дуже коротких лазерних імпульсів, тривалістю близько кількох тисяч атосекунд, тобто у фемтосекундному діапазоні, досліджу- вав Ференц Крауш. Наприкінці 1990-х років у співпраці з групою Мауро Нісолі (Mauro Nisoli) з Політехнічного університету м. Мілан (Італія) йому вдалося згенерувати окремі ізо- льовані імпульси. В експериментах, проведе- них у 2001 р., було реалізовано генерацію ви- соких гармонік з утворенням імпульсів із ре- кордною на той час тривалістю 650 атосекунд. Тобто йому вперше вдалося подолати бар’єр у 1000 атосекунд (1 ас = 1000 фс). Саме експе- риментальна методика Ференца Крауша стала Енн Л’Юйє (Anne L’Huillier) — французько-шведський фізик, професор ядерної фізики в Лундському університеті (Швеція). Її експеримен- тальні й теоретичні дослідження заклали основи ново- го наукового напряму — атохімії. Народилася 17 серпня 1958 р. в Парижі. У 1980 р. здобула ступінь бакалавра з математики у Вищій нормальній школі в Парижі, ступінь магістра з теоре- тичної фізики та математики — в Університеті П’єра і Марії Кюрі, потім почала працювати в Центрі ядер- них досліджень Сакле Комісаріату з атомної енергії Франції (CEA), де в 1986 р. захистила дисертацію на ступінь PhD, зосередившись на експериментальній фі- зиці. Як постдок працювала в Технологічному інститу- ті Чалмерса (Гетеборг, Швеція), потім в Університеті Південної Каліфорнії (Лос-Анджелес, США), у 1993 р. була запрошеним фахівцем у Ліверморській національ- ній лабораторії Лоуренса (Каліфорнія, США). З 1994 р. постійно працює в Лундському університеті (Швеція), з 1997 р. — на професорській посаді. Енн Л’Юйє — член Американського фізичного товари- ства (1997), член Шведської академії наук (2004), член Нобелівського комітету з фізики (2007—2015), почес- ний доктор Університету П’єра та Марії Кюрі (2013), почесний доктор Єнського університету (2015), іно- земний член Національної академії наук США (2018), член-кореспондент Австрійської академії наук (2021), член Оптичного товариства Америки (OSA) (2023). Має багато наукових нагород, зокрема вона — лауре- ат премії Йорана Густафссона з фізики (1998), премії Юліуса Шпрінгера (2003), премії L’Oréal — ЮНЕСКО «Для жінок у науці» (2011), премії Карла Цейса (2013), медалі Блеза Паскаля (2013), премії за фундаменталь- ні аспекти квантової електроніки та оптики Євро- пейського фізичного товариства (2019), премії Макса Борна Оптичного товариства Америки (2021), премії BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Award (2022), премії Вольфа з фізики спільно з Ференцом Краушем і Полом Коркумом (2022). Фото: Lund University 30 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ першою придатною для застосування в дослі- дженнях фізичних процесів відповідного часо- вого масштабу. У наступні роки група Крауша успішно ви- конала ще кілька піонерських експериментів у галузі атосекундної фізики. Наприклад, до- слідники вивчали швидкість атомарного фо- тоелектричного ефекту, коли світло вибиває електрони з атома. Розуміння того, що цей ефект досить складний і, відповідно, не є мит- тєвим, існувало у фізиці вже достатньо дав- но, але тільки в рамках атосекундної фізики з’явилася можливість здійснити вимірювання його реальної тривалості. Було проведено експерименти, спрямовані на вивчення взаємодії світла не лише з окре- мими атомами, а й з молекулами чи навіть з рідинами і твердими тілами. Атосекундні ім- пульси дали можливість встановити, що від- бувається в той момент, коли з молекули ви- бивається електрон і вона стає іонізованою: залишкові електрони молекули збурюються та перевпорядковуються. За словами Мауро Нісолі, «така електронна перебудова всере- дині молекули відбувається набагато раніше, ніж ядра атомів, що складають молекулу, всти- гають відчути якісь зміни в цій електронній структурі». Зараз вчені намагаються розширити сфе- ру досліджень до атохімії: вони планують ви- користати імпульси світла для стимулюван- ня процесів формування та розриву хімічних зв’язків, їх певної упорядкованої послідовнос- ті, якщо неспонтанний перебіг таких процесів виявляється можливим. Про подальші перспективи використання атосекундних лазерів. Наразі було б важко та необачно перелічувати всі можливості засто- сування винаходу й побудови атосекундних лазерів. Очевидно, що з плином часу вони на- будуть більш чіткого статусу і дозволять зро- бити ще чимало добрих справ для людства на додаток до тих, про які вже було згадано вище. Вже сьогодні атосекундні лазерні імпульси використовують для вивчення міграції елек- тронів і змін електронної густини у складних молекулах під дією електромагнітного випро- мінювання, зокрема видимого світла. Атосе- кундні лазери ефективно застосовують у фо- тохімії, яка вивчає кінетику хімічних реакцій, що відбуваються під дією електромагнітного випромінювання. Однак про одне з незвичних і певною мірою парадоксальних застосувань слід сказати окре- мо. Йдеться про створення нових провідників електрики. Так, за допомогою атосекундних лазерів можна зафіксувати, як речовина з ді- електрика на нетривалий час перетворюється на провідник, а потім знову стає… діелектри- ком! Про такі метаморфози писали фантасти і мріяли вчені-романтики, а нині це реальність світової науки. Наприклад, якщо на кремній посвітити коротким лазерним імпульсом, він перетворюється з діелектрика на провідник. Коли імпульс зникає, відбувається зворотне «магічне» перетворення провідника на діелек- Принципова схема електрон-іонної реколізії. На по- чатковому етапі інтенсивний імпульс когерентно- го інфрачервоного світла «перекошує» атомарну чи молекулярну потенціальну яму (темна лінія), в якій перебуває електрон. Це дає можливість хвильовій функції зв’язаного електрона (синя лінія, гауссіан) тунелювати і трансформуватися у хвильовий пакет континууму. Пакет потрапляє під вплив циклу коли- вань лазерного поля за напівкласичною траєкторією (позначена червоним): спочатку він віддаляється від атома, а потім, навпаки, прискорюється зворотним полем у напрямку до нього, повторно взаємодіючи з «рідним» іоном. Концептуально процес є подібним до оптичної інтерферометрії: інтерферують дві взаємно когерентні частини хвильової функції електрона — у зв’язаному та вільному тунельно-іонізованому станах. Співвідношення довжин хвиль відповідає тому, яке показано на рисунку ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 12 31 СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ трик. Неважко передбачати, що таке «диво» може знайти широке й ефективне застосуван- ня для пришвидшення роботи різноманітних сучасних електронних гаджетів, а також для створення високошвидкісних оптико-елек- тричних перемикачів. Окремо варто відзначити один із потенцій- но пріоритетних медичних напрямів: атосе- кундні імпульси можна використовувати для ідентифікації молекул під час діагностування різноманітних захворювань, наприклад онко- логії легень. Однак ця можливість має поки що гіпотетичний характер і є скоріше темою для досліджень, тут не варто поспішати з обнадій- ливими прогнозами та обіцянками. «Мотивація цих досліджень полягала в їх надзвичайно фундаментальному змісті — чи можемо ми створити короткі світлові імпуль- си і як ми зможемо їх використати? — сказала Енн Л’Юйє під час своєї пресконференції. — Потрібен був час для того, щоб зрозуміти мож- ливості їх застосування у медицині, індустрії напівпровідників чи в хімії». Отже, зараз ми вже можемо говорити про широкі та доволі привабливі перспективи за- стосування атосекундних лазерів. Вони будуть корисними в дослідженнях хімічних і біологіч- них процесів, у науці про матеріали, в усіх тих сферах, де постає завдання отримати знання про динаміку поведінки електронів усередині атомів чи молекул речовини, яка може перебу- вати в найрізноманітніших умовах. Деякі цікаві факти. Енн Л’Юйє стала п’я- тою жінкою, яка здобула Нобелівську премію з фізики. Раніше цю премію отримували Марія Склодовська-Кюрі (1903), Марія Гепперт-Ма- єр (1963), Донна Стрікленд (2018), Андреа Міа Гез (2020). «Це просто фантастика. Я читала лекцію, коли мені зателефонували, тому взяла слухавку лише з третього чи четвертого разу. Після того, як я дізналася про присудження премії, останні пів години лекції далися мені вкрай важко. Я не можу красиво говорити, частково й тому, що вкрай зворушена цією но- виною», — розповіла журналістам Енн Л’Юйє, коли дізналася про те, що стала нобелівським лауреатом. Минулого року Енн Л’Юйє здобула також премію Вольфа з фізики, ставши другою жін- кою в історії, яка отримала цю нагороду. Пер- шою була американський фізик китайського походження Ву Цзяньсюн у 1978 р. «Гадаю, на- став час жінкам отримувати більше таких від- знак. Я надавала підтримку та наставляла жі- нок протягом усієї своєї кар’єри, але особливо в останнє десятиліття. Думаю, що така допомо- га важлива, оскільки жінки у фізиці вразливі- ші, ніж чоловіки. На щастя, я бачу, що ці про- блеми вирішуються», — зазначила Енн Л’Юйє в інтерв’ю для наукового журналу «Physics». За словами вченої, на заняття фізикою її надихнули викладачі в магістратурі, зокрема Клод Коен-Таннуджі, лауреат Нобелівської премії з фізики за 1997 р. У 2001 р. П’єр Агостіні зі співробітниками отримав серії імпульсів із тривалістю 250 ато- секунд, у 2003 р. група Енн Л’Юйє побила цей рекорд, створивши найкоротший лазерний ім- пульс — 170 атосекунд, а в 2008 р. Ференц Кра- уш та його колеги з Інституту квантової оптики Макса Планка потрапили до Книги рекордів Гіннесса за генерацію найкоротшого спалаху світла, який тривав усього 80 атосекунд. У лютому 2022 р. Енн Л’Юйє, Ференц Кра- уш і Пол Коркум отримали престижну пре- мію Вольфа з фізики за новаторський внесок у науку про надшвидкі лазери та атосекундну фізику. Після оголошення лауреатів Нобелівської премії з фізики за 2023 р. Ференц Крауш в ефі- рі радіо Deutschlandfunk заявив, що свою час- тину грошової винагороди він планує переда- ти через некомерційну благодійну організацію Science4People, яку він створив минулого року, на відновлення українських шкіл, що постраж- дали внаслідок російської воєнної агресії. 32 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (12) СТАТТІ ТА ОГЛЯДИ Ruslan V. Vovk V.N. Karazin Kharkiv National University, Kharkiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9008-6252 Volodimir P. Poyda V.N. Karazin Kharkiv National University, Kharkiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7970-7145 Valentin I. Lymar V.N. Karazin Kharkiv National University, Kharkiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5567-1512 PHYSICISTS PEEKED... INTO THE PRIVATE LIFE OF ELECTRONS Nobel Prize in Physics 2023 This year the Nobel Prize in Physics was awarded to three researchers: Pierre Agostini from Ohio State University (USA), Ferenc Krausz from Max Planck Institute of Quantum Optics and Ludwig-Maximilians-Universität München (Germany), and Anne L’Huillier from Lund University (Sweden) “for experimental methods that generate attosecond pulses of light for the study of electron dynamics in matter”. The laureates conducted fundamental physical experiments aimed at obtaining extremely short laser pulses, which led to the emergence of a new scientific field — attosecond physics, the purpose of which is the study and development of methods for measuring and controlling the rapid electronic dynam- ics phenomena in the atoms of matter. On the other hand, a more technical experimental problem related to the genera- tion of separate high-energy attosecond laser pulses, suitable for further use as sources of ultrafast pumping of the studied samples, remains relevant. Keywords: Nobel Prize in Physics 2023, Pierre Agostini, Ferenc Krausz, Anne L’Huillier, attosecond laser pulses, elec- tron dynamics, electron-ion recollision. Cite this article: Vovk R.V., Poyda V.P., Lymar V.I. Physicists peeked... into the private life of electrons. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2023. (12): 26—32. https://doi.org/10.15407/visn2023.12.026

Фізики зазирнули… в приватне життя електронів (Нобелівська премія з фізики 2023 року)

Репозитарії

Схожі ресурси