Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki - tegoroczni laureaci

Tegorocznymi laureatami zostali Pierre Agostini, Ferenc Krausz i Anne L’Huiller. Kapituła wyróżniła ich za eksperymenty generujące attosekundowe impulsy światła do badania dynamiki elektronów w materii.

Zobacz też: "Autosobriety - ruszaj bez promili", czyli darmowe szkolenie dla studentów

Komentarze ekspertek i ekspertów centrum informacyjnego Tygodnia Noblowskiego Centrum Współpracy i Dialogu UW

–  Mówiąc w skrócie: nagrodzono dziś  walkę z falową naturą światła. Wiemy, że światło jest falą, która kojarzy nam się z czymś, co rozchodzi się, gdzieś się zaczyna i gdzieś kończy, ale przy tym trwa. Dzisiejsza Nagroda Nobla została przyznana za osiągnięcie jak najkrótszego impulsu, czyli za to, by fala mimo skrócenia wciąż zachowywała swoje właściwości i aby możliwe było wytworzenie jak najkrótszego impulsu światła, czyli właśnie impulsu attosekundowego. Attosekunda ma wartość 10^-18 sekundy, czyli to miliardowa miliardowej części sekundy. Impulsy nie są długości jednej attosekundy, tylko kilkudziesięciu, stu lub nawet kilkuset. Niemniej są to attosekundy a nie, już trochę nudne dla fizyków, femtosekundy. Femtosekundy to 10^-15 sekundy i za to Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki przyznano w 2018 roku. W pewnym sensie dzisiejsza Nagroda jest więc jej kontynuacją – dr hab. Rafał Demkowicz-Dobrzański, prof. ucz. w Instytucie Fizyki Teoretycznej, Wydział Fizyki UW.

– Doświadczalnicy kochają używać światła do badania materii. Wszystkie procesy, które w nas zachodzą, mają skalę czasową. Przyjmując, że światło w ciągu nanosekundy pokonuje 30 cm, to jeśli chcemy badać np. procesy molekularne we krwi i sprawdzić, czy coś się wiąże w materiale biologicznym, musimy pamiętać, że te reakcje chemiczne przebiegają bardzo szybko i chcąc je dokładnie analizować, potrzebujemy próbników. Innym przykładem, którym możemy się posłużyć, jest woda, która ma określone spektrum drgań. I teraz, dzięki nagrodzonym eksperymentom, możemy obserwować w bardzo krótkim czasie, co się z nią dzieje i jakie transformacje w niej zachodzą. Ale nie tak jak wcześniej, gdy patrzyliśmy na wymieszany płyn w zlewce, tylko możemy już obserwować to online, tak jak to zresztą było w prezentacji Nagrody Nobla. Potrzebujemy próbnika, który pozwoli nam badać procesy w coraz krótszym czasie. Przy tak krótkich impulsach światła możemy wzbudzić ośrodek z izolatora na bardzo krótki czas i zrobić coś, co zawiera swobodne nośniki, czyli może przenosić informację. Zupełnie jak w tranzystorze możemy regulować przepływem ładunków. Z punktu widzenia eksperymentalnego chodzi po prostu o sondę. Schodzimy więc do coraz krótszych czasów w badaniach różnych procesów.  Odpowiedź na pytanie, gdzie jeszcze może być to wykorzystane, zależna jest od czasu i pomysłowości eksperymentatorów – prof. dr hab. Andrzej Wysmołek – Instytut Fizyki Doświadczalnej, Wydział Fizyki UW.

– Nagrodzone eksperymenty mogą być wykorzystywane do celów biologicznych. Na przykład, gdy pobiera się 100 próbek biologicznych w trakcie wiązania np. białka z enzymem, które jest niesłychanie szybkim procesem. Idea była taka, żeby przygotować 100 takich próbek i niezwykle krótkim impulsem oświetlić je. Oczywiście próbka wyparowuje w trakcie, ale w trakcie przechodzenia widzimy, jaki jest stan tego wiązania. Robiąc 100 lub 200 takich próbek, możemy złożyć film szybkości wiązania biologicznego pokazujący stan próbek przed wiązaniem, w trakcie wiązania i po wiązaniu. Jeżeli weźmiemy jedną attosekundę, to światło przelatuje trzy angstremy, czyli mniej więcej odległość elektronów w atomach. Więc mamy już możliwość zobaczenia bezpośredniego „położenia elektronów”. Możemy zajrzeć do atomów w taki sposób, że elektrony nie zdążą się przesunąć, nie zdążą obiec jądra, a już się impuls kończy. Więc będziemy wiedzieli, że to jest ten moment, w którym ten elektron, w klasycznym rozumieniu, jest w danym położeniu. To tysiąc razy krótszy okres niż długość fali z reflektorów. To, co widzimy, jest do 10^-15 sekundy, a w przypadku attosekundy tu mówimy o tysiąc razy krótszym czasie, czyli tysiąc razy mniejszej długości. Tu już wchodzimy w wewnątrzatomowy opis, dzięki temu, że mamy tak krótkie impulsy. Mamy możliwość zajrzenia do wnętrza atomu i wygaszenia światła. Oświetlenia go na chwilę, by elektron nie zdążył przesunąć się, a następnie wyłączamy światło i patrzymy. Nie nakłada nam się wielokrotnie obraz, co miałoby miejsce przy oświetleniu widzialnym, kiedy widzimy poziomy energetyczne, ale to nie jest czasowo rozdzielone – prof. dr hab. Krzysztof A. Meissner – Instytut Fizyki Teoretycznej, Wydział Fizyki UW.

Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki

Fizyka była pierwszą z dyscyplin, którą Alfred Nobel wymienił w swoim testamencie. Zdaniem wielu specjalistów potwierdza to jej ówczesny status – najważniejszej dyscypliny naukowej. Nagroda w tej dziedzinie jest przyznawana od początku trwania konkursu, czyli od 1901 roku. Pierwszym jej laureatem został Wilhelm Conrad Röntgen za odkrycie promieni X, które obecnie stanowią jedno z głównych narzędzi diagnostycznych w medycynie.

ip

fot.