Ce este o attosecundă. Scara de timp minusculă care stă la baza cercetărilor premiate cu Nobel

Un grup de trei cercetători a obținut Premiul Nobel pentru fizică 2023 pentru o lucrare care a revoluționat modul în care oamenii de știință studiază electronul - prin iluminarea moleculelor cu flash-uri de lumină de attosecunde, potrivit theconversation.com.

Săptămâna aceasta, lumea științei a sărbătorit o nouă realizare strălucitoare, odată cu anunțul oficial al Premiilor Nobel pentru Fizică, pe anul 2023. 

Premiul Nobel pentru Fizică a fost conferit cercetătorilor Pierre Agostini, Ferenc Krausz și Anne L'Huillier pentru „metode experimentale care generează attosecunde de impulsuri luminoase pentru studierea dinamicii electronilor în cadrul materiei”, conform comunicatului oficial publicat de Comitetul Nobel, informează site-ul nobelprize.org.

Realizările celor trei laureați au permis o mai bună înțelegere a comportamentul electronilor la nivel atomic și subatomic.

Un flash de lumină care durează 0,000000000000000001 secunde

The Conversation a explicat cât de lungă este o attosecundă și ce le pot spune cercetătorilor aceste impulsuri infinitezimal de scurte despre natura materiei.

Este vorba despre un flash de lumină care durează 0,000000000000000001 secunde, un impuls de lumină extrem de scurt.

Într-o secundă există aproximativ tot atâtea attosecunde câte secunde sunt în vârsta universului.

Până acum, oamenii de știință puteau studia mișcarea nucleelor atomice mai grele și mai lente cu ajutorul unor impulsuri luminoase de femtosecunde (o femtosecundă are o mie de attosecunde). Cercetătorii nu au putut vedea mișcarea la scara electronilor până când nu au putut genera impulsuri de lumină de attosecunde. 

Impulsuri de attosecunde

A fost nevoie de eforturi consistente pentru a afla cum se mișcă și se rearanjează electronii (care se deplasează foarte rapid în procesele fizice și chimice, ceea ce îi face dificil de studiat). Investigarea acestor procese se face prin spectroscopie, o metodă de examinare a modului în care materia absoarbe sau emite lumină. Ca să poată urmări electronii în timp real, cercetătorii au nevoie de un impuls de lumină mai scurt decât timpul necesar pentru ca electronii să se rearanjeze.

Analogie

Pentru analogie, imaginați-vă o cameră foto care ar putea face doar expuneri mai lungi, de aproximativ o secundă. Lucrurile în mișcare, cum ar fi o persoană care aleargă spre aparatul foto sau o pasăre care zboară pe cer, ar apărea neclare în fotografiile realizate și ar fi dificil de văzut exact ce se întâmplă, explică The Conversation.

Dacă însă folosiți un aparat foto cu o expunere de o milisecundă, mișcările care înainte erau estompate s-ar vedea în instantanee clare și precise.

În același fel, utilizarea scării de attosecunde, mai degrabă decât a celei de femtosecunde, poate descifra comportamentul electronilor.

De ce este importantă această cercetare

Capacitatea de a genera impulsuri de attosecunde - cercetare pentru care trei cercetători au primit Premiul Nobel pentru fizică în 2023 - este posibilă de începutul anilor 2000. De atunci domeniul a continuat să se dezvolte rapid. Prin furnizarea de instantanee mai scurte ale atomilor și moleculelor, spectroscopia de attosecunde a ajutat cercetătorii să înțeleagă comportamentul electronilor în moleculele individuale, cum ar fi modul în care migrează sarcina electronică și cum se rup legăturile chimice dintre atomi.

Tehnologia attosecundă a fost aplicată, de asemenea, pentru a studia modul în care se comportă electronii în apa lichidă, precum și transferul de electroni în semiconductori în stare solidă. Îmbunătățirea capacității de a produce impulsuri de lumină de attosecunde, va avea ca efect  o înțelegere mai profundă a particulelor de bază care alcătuiesc materia, arată sursa citată.