Id-dinja tal-arti marzjali, malajr biss.
Xi drabi, se npoġġu żmien qasir ħafna, deskritt bħala "il-ħin ta 'taħbit tal-qalb", u t-tul ta' taħbit tal-qalb huwa 10 sat-18-il qawwa ta 'sekonda.
F'esperiment reċenti simili għall-fotografija stop-motion, tim ta 'xjentisti mill-Istati Uniti u l-Ġermanja maqbuda għall-ewwel darba "freeze frames" ta' elettroni li jiċċaqalqu fl-ilma likwidu f'ħin reali, u r-riżultati ġew ippubblikati fil-ġurnal Science.
Esperti mill-ġurija jispjegaw ir-riżultati tar-riċerka tar-rebbieħa tal-Premju Nobel għall-Fiżika 2023 fit-tħabbira tal-Premju Nobel għall-Fiżika 2023 fi Stokkolma, l-Isvezja, it-3 ta’ Ottubru 2023
Skont l-esperti, ir-riżultat jimmarka avvanz kbir fil-fiżika sperimentali, li jipprovdi tieqa fl-istruttura elettronika ta 'molekuli f'likwidi fuq skali ta' ħin li qabel ma setgħux jintlaħqu bir-raġġi-X. Preċedentement, ix-xjentisti kienu kapaċi biss isolvu l-moviment tal-elettroni fuq l-iskala tal-ħin tal-picosecond (1 sekonda=1 triljun pikosekonda). Issa, l-abbiltà li tistudja r-reazzjonijiet elettroniċi tar-raġġi-X li jolqtu mira fuq l-iskala attosecond tippermetti lir-riċerkaturi li jidħlu f'reazzjonijiet kimiċi indotti mir-radjazzjoni miljun darba aktar malajr minn metodi preċedenti.
L-indikazzjonijiet kollha huma li l-laser attosecond jista 'jkun iċ-ċavetta biex tiftaħ id-dinja misterjuża tal-elettronika.
X'inhu "attosecond"?
Għal nies ordinarji, l-attosecond huwa kunċett estremament stramb.
Fil-fatt, kmieni kemm fil-perjodu Warring States, ħassieb famużi taċ-Ċina, il-katavru Kao ressaq "erba 'naħat 'l fuq u' l isfel qal Yu, antika u moderna qal Zeus," il-veduta sempliċi ta 'spazju u ħin. Sal-lum, fuq quddiem tar-riċerka tal-fiżika, l-ispazju u l-ħin għadhom iż-żewġ dimensjonijiet l-aktar importanti u fundamentali.
Safejn huma kkonċernati s-sensi tal-bniedem, meta oġġett ikun f'moviment mgħaġġel, l-immaġini tiegħu huma mċajpra u jikkoinċidu, u bidliet li jseħħu f'perjodu ta 'żmien qasir ħafna ma jistgħux jiġu osservati. Għalhekk huwa importanti għax-xjenzati li jiżviluppaw "twieqi taż-żmien" aktar preċiżi biex jaqbdu jew juru dawn il-mumenti qosra ħafna.
Fis-seklu 19, kien hemm mistoqsija dwarha u diskussa ħafna fil-fiżika: meta żiemel jiġri, l-erba’ saqajn jitilqu mill-art fl-istess ħin?
L-imprenditur Amerikan Leland Stanford kien interessat ħafna f'din il-mistoqsija. Sabiex jivverifika din il-konġettura, huwa avviċina lill-fotografu famuż Edvard Muybridge. F'dawk il-jiem, il-funzjoni tal-vidjo kienet għadha ma twielditx, meta l-ħin tar-rispons tax-shutter tal-kamera kien ta '15-il sekonda, xi kultant anke sa minuta.
Iż-żwiemel ma jonqsux biex jieħdu ħsieb ix-shutter tal-kamera, u n-nagħal li jdaqqhom kienu l-akbar ostaklu biex tiġi vverifikata din l-ipoteżi. Edvard Maibridge ma ċediex daqshekk faċilment, kellu l-idea brillanti, mhux biss biex itejjeb id-disinn tal-kamera tal-kamera, iżda wkoll poġġa 12-il kamera u mekkaniżmi fuq ir-runway. Kull meta ż-żiemel jersaq lejn il-kamera, il-mekkaniżmu kien jinxtegħel u jittieħed ritratt. Fl-aħħar, huwa poġġa t-12-il ritratt flimkien, li huwa l-proċess kollu tal-ġiri taż-żiemel.
Billi ħares lejn ir-ritratti spliced, in-nies malajr sabu t-tweġiba għall-mistoqsija: meta żiemel jiġri, jista 'tabilħaqq jaqbad mument - l-erba' saqajn tiegħu jitilqu mill-art fl-istess ħin.
Fit-3 ta’ Ottubru 2023, l-Akkademja Rjali Żvediża tax-Xjenzi ħabbret li tat il-Premju Nobel għall-Fiżika ta’ dik is-sena lil Pierre Agostini, Ferenc Krauss, u Anne Lhuillier għall-“metodu sperimentali tagħhom biex jiġġeneraw impulsi tad-dawl attosecond għall-istudju tad-dinamika ta’ elettroni fil-materja."
"Issa nistgħu niftħu l-bieb għad-dinja ta 'l-elettroni. Il-fiżika ta' Attosecond tatna l-opportunità li nifhmu l-mekkaniżmi ta 'kontroll elettroniku. Il-pass li jmiss se jkun li nisfruttawhom." Hekk tgħid Eva Olson, president tal-Kumitat Nobel għall-Fiżika.
Meta x-xjentisti tefgħu l-perspettiva tagħhom fid-dinja tal-elettroni, skoprew li r-rata ta 'bidla fil-pożizzjoni u l-enerġija tvarja bejn wieħed u diversi mijiet ta' attoseconds, fejn attosecond wieħed huwa biljun minn sekonda. It-teknoloġija tad-dawl pulsat attosecond hija l-iktar skala ta 'żmien mgħaġġla disponibbli bħalissa għall-umanità, u hija bħal ħakkiem, iktar ma tkun fina l-iskala tal-ħakkiem, iktar tkun għolja l-preċiżjoni tal-kejl.
Yuan Lanfeng, deputat direttur tad-Dipartiment tal-Komunikazzjoni tax-Xjenza u t-Teknoloġija, l-Iskola tal-Umanitajiet u x-Xjenzi Soċjali, l-Università tax-Xjenza u t-Teknoloġija taċ-Ċina, qal li l-polz tad-dawl attosecond jista 'jinftiehem bħala l-prinċipju ta' kamera b'veloċità għolja, u li a kamera b'veloċità ta 'reazzjoni mgħaġġla hija meħtieġa biex taqbad il-mumenti mill-isbaħ tal-proċess tal-moviment ta' persuna. Il-polz tad-dawl attosecond huwa l-"kamera b'veloċità għolja" fir-riċerka tar-reazzjoni mikroskopika.
Fil-passat, il-limitu ta 'żmien għall-impulsi tal-lejżer kien "femtoseconds", li kien biżżejjed biex in-nies jaraw l-atomi, iżda għall-elettroni, ir-riżoluzzjoni tal-ħin ta' "femtoseconds" kienet tant oħxon li, skond din l-iskala, wieħed jista 'biss jikseb a effett bħal mużajk. Il-Coerent Light Pulses Progress minn Femtoseconds
Il-progress tal-impulsi tad-dawl koerenti minn femtoseconds għal attoseconds mhuwiex biss progress sempliċi fl-iskala taż-żmien, iżda aktar importanti minn hekk, tavvanza l-abbiltà tan-nies li jistudjaw l-istruttura tal-materja mill-moviment tal-atomi u l-molekuli sa ġewwa tal-atomi, fejn jistgħu sonda l-imġieba tal-moviment u l-korrelazzjoni tal-elettroni, li se twassal għal rivoluzzjoni kbira fir-riċerka bażika tal-fiżika.
X'se jġib l-attosecond lin-nies komuni?
Ġurnata waħda fl-1999, Ahmed Xavier, professur fl-Istitut tat-Teknoloġija ta’ Kalifornja, rebaħ il-Premju Nobel fil-Kimika għall-iskoperta tiegħu. Ir-riċerka ta 'Xavier fis-snin tmenin, bl-użu ta' raġġ tal-laser biex jiffilmja l-oxxillazzjonijiet tal-atomi fl-istat ta 'tranżizzjoni, għenet lix-xjenzati biex josservaw l-atomi u l-molekuli fil-proċess ta' reazzjonijiet kimiċi f'"moviment bil-mod", u b'hekk biex jistudjaw in-natura u l-istruttura tal- stat ta’ tranżizzjoni. Għal din ir-raġuni, Xavier huwa magħruf ukoll bħala l-"missier tal-kimika tal-femtosecond".
Minn dak iż-żmien 'l hawn, ix-xjenzati saru jirrealizzaw li l-lejżers, bħas-sajjetti, jistgħu jaqbdu dawk il-mumenti li jgħaddu. Din l-iskoperta pprovdiet il-bażi teoretika għal serje ta 'studji ta' tfixkil.
Illum, il-veloċità ta 'dan il-lejżer ġiet imtejba b'elf darba, u b'suċċess rrealizzaw il-bidla drastika minn femtoseconds għal attoseconds.
Illum il-ġurnata, meta n-nies isemmu laser femtosecond, ħafna drabi jistgħu jaħsbu fil-ħafna applikazzjonijiet rappreżentati mill-kirurġija tal-mijopija bil-laser femtosecond. U meta niġu għall-laser attosecond, jidher diffiċli li tgħaqqad dan it-terminu mal-ħajja produttiva tan-nies ordinarji.
Yuan Lanfeng qal franchement, "il-laser a-second ma tantx juża fil-preżent, l-applikazzjoni tiegħu għadha kif bdiet, u għadu kollu mwaħħla fir-riċerka bażika." Madankollu, dan ma jfissirx li l-polz tad-dawl attosecond m'għandu l-ebda potenzjal ta 'applikazzjoni, "tiftaħ bieb, iżda dak li hemm wara dan il-bieb għadu jeħtieġ li nesploraw fil-fond." Hu qal.
Allura x'hemm wara dak il-bieb?
Sistema ta’ ablazzjoni tal-kamp pulsat fotografat fil-kabina ta’ Medtronic fit-taqsima tal-Apparat Mediku u l-Kura tas-Saħħa tas-6 Fiera fil-5 ta’ Novembru, 2023
"Il-moviment tal-elettroni huwa responsabbli għall-ġenerazzjoni tad-dawl kif ukoll għall-formazzjoni u t-tkissir ta 'rabtiet kimiċi li jbiddlu l-istruttura tal-bijomolekuli u l-funzjoni tagħhom fis-sistemi ħajjin, u għall-ipproċessar ta' informazzjoni malajr kemm jista 'jkun ...... Illum, qed nużaw impulsi tad-dawl attosecond biex jifhmu aħjar il-proċessi mikroskopiċi li jinvolvu l-elettroni, l-atomi u l-molekuli u nsib kif jaffettwaw id-dinja makroskopika." Aktar kmieni, wara li rebaħ il-Premju Wolf fil-Fiżika, Ferenc Krauss iddikjara l-valur tal-applikazzjonijiet tal-fiżika tal-attosecond b'dan il-mod.
Eva Olson, min-naħa l-oħra, qalet li l-fiżika tal-attosecond tagħtina l-opportunità li nifhmu l-mekkaniżmi ta 'kontroll elettroniku, u twitti t-triq għal applikazzjonijiet potenzjali fl-industrija tal-informazzjoni elettronika u l-mediċina.
Wei Zhiyi, riċerkatur fl-Istitut tal-Fiżika tal-Akkademja tax-Xjenzi Ċiniża, jemmen li t-teknoloġija tista 'tiġi kkombinata ma' superkonduttività, nanomaterjali, industrija fotovoltajka, farmaċewtiċi, mediċina tal-laser u oqsma oħra biex tippromwovi fehim aktar fil-fond tal-istruttura tal-materja mill-umanità, li se jwassal għal avvanzi rivoluzzjonarji rilevanti.
Bla dubju, għalkemm l-applikazzjoni attwali tal-fiżika attosecond għadha 'l bogħod mill-immaġinazzjoni ta' xi nies, għandha firxa estremament wiesgħa ta 'xenarji ta' applikazzjoni.
Jipprovdi lill-umanità par ta '"għajnejn intelliġenti" biex tistudja d-dinja mikroskopika.
Bl-appoġġ tiegħu, ħafna proċessi mikroskopiċi ma jibqgħux jeħtieġu "evidenza ċirkostanzjali" biex tiġi kkonfermata, iżda jistgħu jiġu osservati direttament: il-laser attosecond jista 'jintuża biex jirritratta varjetà ta' proċessi ta 'moviment b'veloċità għolja, bħal reazzjonijiet kimiċi, skala molekulari mozzjoni u mozzjoni fuq skala atomika.
Ir-ritratti tar-reazzjonijiet kimiċi bil-lasers attosecond jista 'jgħin lix-xjenzati jifhmu aħjar il-mekkaniżmi ta' reazzjoni u jtejbu aktar il-proċessi kimiċi. Ir-ritratti tal-movimenti tal-molekuli u l-atomi bil-lasers attosecond jistgħu jiżvelaw l-interazzjonijiet u l-proċessi kinetiċi tagħhom, li huma importanti għar-riċerka fix-xjenza tal-materjali u l-bijoxjenza.
Fil-qasam tal-bijomediċina, pereżempju, it-teknoloġija ta 'l-immaġini b'riżoluzzjoni għolja ta' impulsi attosecond hija mistennija li ttejjeb id-dijanjosi bikrija u t-trattament tal-mard, u tipprovdi skoperti ġodda għall-istudju tal-kanċer, mard newroloġiku u sfidi mediċi ewlenin oħra.
Huwa mifhum li t-tim ta’ Ferenc Krauss qed jipprova juża wkoll tekniki ta’ femtosecond u attosecond biex janalizza kampjuni tad-demm u jiskopri bidliet żgħar fihom. Qed janalizzaw jekk dawn il-bidliet humiex speċifiċi biżżejjed biex ikunu jistgħu jiddijanjostikaw b'mod ċar il-marda fl-istadju inizjali tal-marda, din it-teknoloġija jista 'jkollha impatt sinifikanti fuq l-istudju tal-kanċer u mard ieħor diffiċli.
L-aċċelerazzjoni tal-"era attosecond"?
Fl-2021, ir-rivista Science ippubblikat "125 mill-aktar problemi xjentifiċi avvanzati fid-dinja", li minnhom aktar minn 10 jeħtieġ li jiġu solvuti minn xjenza ultraveloċi. It-tfaċċar ta 'impulsi attosecond huwa mistenni li jwassal għal innovazzjonijiet aktar oriġinali f'diversi oqsma ta' riċerka xjentifika u applikata.
Il-laser attosecond, mhux rigal tan-natura, iżda miraklu magħmul mill-bniedem.
Il-fiżika Franċiża Anne Lhuillier kienet l-ewwel li skopriet l-għodda biex tiftaħ id-dinja tal-attoseconds. fl-1987, hija kienet tagħmel esperimenti ta 'jonizzazzjoni tal-gass, il-wavelength ta' 1064 nanometri ta 'dawl tal-lejżer f'argon u diversi gassijiet rari oħra, il-gass deher li kien kulur differenti minn esperimenti preċedenti.
Hija mbagħad ippubblikat dokument ewlieni, li jiskopru l-fenomenu ta 'armoniċi għoljin iġġenerat minn irradjazzjoni qawwija bil-laser ta' gassijiet nobbli, u kisbet l-istruttura spettrali tipika ta 'armoniċi għolja, li l-wisa' spettrali tagħha kienet kapaċi tappoġġja impulsi fuq l-ordni ta 'attoseconds, li tipprovdi il-kondizzjonijiet prerekwiżit għall-breakthrough ta 'impulsi tal-laser għal attoseconds. Minn dakinhar, il-karriera tar-riċerka tagħha u l-lejżers tal-attosecond ġew magħqudin mill-qrib, u 16-il sena wara, hija mexxiet tim ta 'riċerkaturi biex tistabbilixxi rekord dinji għall-iqsar polz tal-laser ta' 170 attosecond.
Iż-żewġ xjenzati l-oħra li rebħu l-Premju Nobel għall-Fiżika flimkien magħha żiedu wkoll mal-“bini attosecond”: l-Ungeriż Ferenc Kraus mexxa tim ta’ riċerkaturi biex joħolqu u jkejlu l-ewwel polz tad-dawl attosecond fl-2001, u użah biex jaqbad il- moviment ta 'elettroni ġewwa atomi, li jimmarka t-twelid tal-fiżika ta' attosecond. Barra minn hekk, it-tim tiegħu rnexxielu jiżola impulsi li jdumu 650 attoseconds, l-ewwel darba li x-xjentisti rnexxielhom isegwu b'suċċess id-distakk tal-elettroni mill-atomi. Il-Franċiż Pierre Agostini, mexxej fl-interazzjoni ta 'lejżers b'kamp qawwi ma' atomi, u t-tim tiegħu kienu pijunieri fil-fiżika tal-attosecond billi ġġeneraw u kejlu impulsi tad-dawl attosecond għall-ewwel darba u użawhom biex jaqbdu l-moviment tal-elettroni ġewwa l-atomi.
Illum, aktar xjenzati qed jikkompetu għall-aqwa post fil-qasam f'ħafna partijiet tad-dinja.
Fil-laboratorju, ir-riżultati produttivi huma frekwenti: fl-2022, riċerkaturi mill-Università ta 'Michigan u l-Università ta' Regensburg fil-Ġermanja kkollaboraw biex jaqbdu l-moviment ta 'elettroni fi ftit mijiet ta' attoseconds, l-iktar veloċità mgħaġġla s'issa.
Fl-istess sena, tim ta’ riċerkaturi miċ-Ċentru għall-Fotonika Avvanzata fl-Istitut tax-Xjenza u l-Kimika RIKEN fil-Ġappun u l-Università ta’ Tokjo kkollaboraw biex jiżviluppaw tip ġdid ta’ interferometru biex jittratta l-marġini li jirriżultaw minn interferenza ottika li toriġina minn impulsi attosecond. u interferenza quantum ma 'stati elettroniċi fil-materja. Huma wrew il-fattibbiltà tal-iskema tal-interferometru permezz ta 'qsim post-ġenerattiv ta' impulsi armoniċi għoljin permezz ta 'esperimenti li jużaw kampjuni ta' atomi tal-elju.
Barra minn hekk, bdiet il-kostruzzjoni u l-kompetizzjoni internazzjonali għal faċilità tal-laser attosecond. Sostnuta mill-fiżiċi rebbieħ tal-Premju Nobel Gérard Mourou u oħrajn, l-Unjoni Ewropea ħadet it-tmexxija fl-Ungerija fil-kostruzzjoni tal-Faċilità tad-Dawl Estrema Ewropea-Sors tad-Dawl Altosecond (ELI-ALPS), u ppromwoviet il-kostruzzjoni ta’ kumpaniji ta’ fama internazzjonali bħal bħala Fastlite, Active Fiber, u Light Conversion. Kumpaniji tat-teknoloġija tal-lejżer bħal Fastlite, Active Fiber, Light Conversion u iterazzjoni u titjib tal-prodott rinomati internazzjonalment, dawn it-teknoloġija tal-laser ta 'ġenerazzjoni ġdida se jkollhom rwol importanti fil-manifattura avvanzata, ix-xjenza u t-teknoloġija tad-difiża nazzjonali u oqsma oħra.
Fiċ-Ċina, unitajiet ta 'riċerka xjentifika rilevanti qed iwettqu kostruzzjoni ta' infrastruttura ta 'sorsi tad-dawl attosecond fuq skala kbira, bħall-Istitut tal-Fiżika tal-Akkademja Ċiniża tax-Xjenzi u l-Laboratorju tal-Materjali tal-Lag Songshan f'Dongguan, Provinċja ta' Guangdong, Songshan Lake biex jibnu l- ċentru tax-xjenza attosecond. Huwa mifhum li wara t-tlestija ta 'dan iċ-ċentru huwa mistenni li jinkiseb l-indikaturi komprensivi internazzjonali ewlenin.
