Интервью с нобелевским лауреатом Анной Л'Юлье, раскрывающей свое видение аттосекундного лазерного импульса

Нобелевская премия по физике 2023 года была вручена Анне Л'Юйе и двум ее коллегам Пьеру Агостини и Ференцу Краусу, а совсем недавно Фонд Бертольда Лейбингера наградил физика-ядерщика Премией Бертольда Лейбингера за будущее. Премия Лейбингера за будущее. В эксклюзивном интервью Энн Л'Уилье, только что получившая Нобелевскую премию по физике, рассказывает нам об исследованиях аттосекундных лазерных импульсов.
Вопрос: Профессор Л'Юлье, если бы вы были на барбекю и кто-то спросил вас, чем вы зарабатываете на жизнь, что бы вы ответили?
Л＇Юлье: Обычно я бы сказал, что работаю в основном в области лазерной и атомной физики. Наша команда может освещать очень и очень короткими импульсами лазерного света, что позволяет фотографировать некоторые процессы, которые происходят очень быстро, например, связанные с движением электронов. Вы можете думать об этом как о том, что делает вспышка обычной камеры.
Вопрос: Когда вы говорите «очень, очень коротко», вы имеете в виду……?
Л＇Юлье: Лазерные импульсы длительностью всего несколько аттосекунд.
Вопрос: Можете ли вы кратко описать аттосекунду?
Л＇Юлье: На самом деле это очень сложно описать. Я думаю, проще понять аналогию: 1 аттосекунда соответствует 1 секунде, как 1 секунда соответствует общему возрасту Вселенной (14 миллиардов лет). Но я не уверен, что это описание действительно поможет вам понять аттосекунду.
Вопрос: Ну, это может немного помочь.
Л'Юлье: У нас всегда будет привычное ощущение, что аттосекунду нельзя воспринимать с точки зрения времени, понятного людям. Однако, к счастью, мы можем проверить это с помощью математических и научных теорий абстракции, а также экспериментов, и отсюда мы знаем, что 1 аттосекунда=10-18 секунды. Более того, более интересный вопрос, чем размышления о длине аттосекунды, заключается в том, почему нам нужен такой маленький масштаб времени.
Вопрос: Так зачем же нам нужны импульсы аттосекундной длины?
Л＇Юлье: Потому что некоторые процессы в природе настолько быстры, что мы можем измерить их только с помощью аттосекундных световых импульсов, наиболее важным из которых является движение электронов. Чем быстрее вспышка, т. е. чем короче световой импульс, тем ближе мы сможем наблюдать процесс. Сегодня моя исследовательская группа по-прежнему занимается фотографированием простых процессов внутри и вокруг атомов, потому что этого легче достичь. Однако если мы сможем добиться дальнейшего прогресса в этой области, мы сможем наблюдать движение электронов в более сложных системах, например, в молекулах. Движение электронов вызывает химические реакции. Однажды мы сможем измерить эти первоначальные движения.
В: И что потом?
Л＇Юлье: Измерение – это первый шаг к контролю. Итак, в долгосрочной перспективе наша главная цель — иметь возможность контролировать химические реакции на электронном уровне.
Вопрос: Контролировать его и использовать для чего?
Л'Юлье: Мне трудно предсказать, где он будет использоваться или что изменится в будущем, но это фундаментальные исследования.
Исследовательская группа профессора Анны Л'Юлье в Лунде, Швеция, использует фемтосекундные лазеры для генерации импульсов света высоких гармоник. Эти импульсы затем используются для генерации аттосекундных лазерных импульсов для визуализации атомных процессов.
Вопрос: В ходе эксперимента 1987 года вы обнаружили высокие гармоники, которые являются необходимым условием для генерации аттосекундных импульсов.
Л'Юлье: Да, это было восхитительное совпадение. Лучше всего, когда ты обнаруживаешь что-то, что застает тебя врасплох! Это значит, что что-то ждет, пока вы это исправите. В то время нам действительно хотелось бомбардировать благородные газы сильным лазером и изучать эффект флуоресценции. Оказалось, что самым сильным светом, наблюдаемым в процессе, была не флуоресценция, а высокая гармоника частоты лазера, и это открытие изменило мою научную карьеру. За счет генерации высоких гармоник удалось генерировать аттосекундные импульсы. Это то, чем я занимаюсь до сих пор.
В: Можно ли составить хотя бы мысленную картину генерации высоких гармоник?
Л＇Юлье: Да! У меня есть лучшее сравнение, чем аттосекунда и возраст Вселенной. Если пропустить смычок по струнам скрипки, то вы получите не только чистые тона (частоты чистых тонов), но и другие частоты. В музыке эти частоты называются обертонами, и они придают тону окраску; обертоны еще называют гармониками. Похожая вещь происходит, когда при определенных условиях вы подвергаете газ воздействию фемтосекундного лазерного импульса, который создает новые лазерные частоты с более короткими длинами волн. Можно сказать, что высшие гармоники — это обертоны лазерной физики.
Вопрос: Что может сделать световой импульс высокой гармоники?
Л＇Юлье: Их можно использовать для генерации аттосекундных импульсов, но они также полезны и сами по себе. В настоящее время мы работаем с производителем литографического и метрологического оборудования для полупроводниковой промышленности над использованием высоких гармоник для проверки полупроводниковых микроструктур. Это очень реальный проект для человека вроде меня, занимающегося фундаментальными исследованиями. Я удивлен и рад, что наша работа полезна обществу.
Профессор Энн Льюльер помогла установить физику аттосекундных лазеров. Эта работа может вскоре осветить мир электроники.
Вопрос: Ваши исследования также способствовали развитию лазерных технологий?
Л'Юлье: Конечно, наша работа в области аттосекундной физики продолжала вдохновлять производителей лазеров на разработку новых и более совершенных лазеров ультракоротких импульсов на протяжении последних нескольких десятилетий. Конечно, мы также извлекаем выгоду из лучших источников луча. Чем лучше исходный лазерный источник, тем лучше высшие гармоники смогут генерировать аттосекундные импульсы. Для нас это ведет к дальнейшим технологическим достижениям, таким как новые методы диагностики и измерения в области лазерных технологий USP – другими словами, мы продолжаем вдохновлять друг друга. Но помимо этих приятных побочных эффектов, в моей работе есть еще кое-что, что очень важно для меня.
Вопрос: Что еще для вас очень важно?
Л＇Юлье: Я исследователь, но я также преподаватель. Это означает, что я могу обучать группу талантливых молодых людей и наблюдать, как они растут и обогащают свой опыт, что я считаю своим величайшим вкладом.
Профиль Анны Л'Юлье
Анн Л'Юйе, родившаяся в Париже в 1958 году, является французским физиком и в настоящее время профессором атомной физики в Лундском университете. Она была одной из ключевых фигур в создании области исследований аттосекундной физики и получила множество наград. Ранее в этом году она получила Премию будущего Бертольда Лейбингера за свои исследовательские достижения, а всего несколько дней спустя она была удостоена Нобелевской премии по физике 2023 года вместе с Пьером Агостини и Ференцем Краусом.