Em um anúncio importante na noite de 3 de outubro de 2023, foi revelado o Prêmio Nobel de Física para o ano de 2023, reconhecendo as contribuições destacadas de três cientistas que desempenharam papéis fundamentais como pioneiros no reino da tecnologia de laser de atrossegundo.

O termo "laser atosogundos" deriva seu nome da escala de tempo incrivelmente breve em que opera, especificamente na ordem dos segundos, correspondendo a 10^-18 segundos. Para compreender o profundo significado dessa tecnologia, é fundamental uma compreensão fundamental do que um meio de segunda significa é fundamental. Um Attossegund é uma unidade de tempo extremamente minuciosa, constituindo um bilhão de um bilhão de segundo no contexto mais amplo de um único segundo. Para colocar isso em perspectiva, se tivéssemos comparação de um segundo a uma montanha imponente, um atOSgundo seria semelhante a um único grão de areia aninhado na base da montanha. Nesse intervalo temporal fugaz, mesmo a luz mal consegue atravessar uma distância equivalente ao tamanho de um átomo individual. Através da utilização de lasers de altos segundos, os cientistas ganham a capacidade sem precedentes de examinar e manipular a intrincada dinâmica de elétrons dentro de estruturas atômicas, semelhante a uma repetição de movimento lento de quadro a quadro em uma sequência cinematográfica, aprofundando-se em sua interplay.

Lasers de atossegundosRepresentar o culminar de extensas pesquisas e esforços concertados de cientistas, que aproveitaram os princípios da óptica não linear para criar lasers ultra -rápidos. O advento deles nos forneceu um ponto de vista inovador para a observação e exploração dos processos dinâmicos que transpiram dentro de átomos, moléculas e até elétrons em materiais sólidos.

Para elucidar a natureza dos lasers da Attossegundos e apreciar seus atributos não convencionais em comparação com os lasers convencionais, é imperativo explorar sua categorização dentro da "família a laser" mais ampla. A classificação por comprimento de onda coloca a lasers de segundos predominantemente dentro da faixa de frequências de raios-X ultravioleta a moles, significando seus comprimentos de onda notavelmente mais curtos, em contraste com os lasers convencionais. Em termos de modos de saída, os lasers de atossegundos se enquadram na categoria de lasers pulsados, caracterizados por suas durações de pulso extremamente breves. Para desenhar uma analogia para a clareza, pode-se prever lasers de onda contínua como semelhante a uma lanterna emitindo um feixe contínuo de luz, enquanto lasers pulsados ​​se assemelham a uma luz estroboscópica, alternando rapidamente entre períodos de iluminação e escuridão. Em essência, os lasers de atossegundos exibem um comportamento pulsante dentro da iluminação e escuridão, mas sua transição entre os dois estados transpira em uma frequência surpreendente, atingindo o reino dos meios -segundos.

Categorização adicional da Power coloca lasers em suportes de baixa potência, média potência e de alta potência. Os lasers de alteração alcançam alta potência de pico devido às suas durações de pulso extremamente curtas, resultando em um pico de potência pronunciada (P) - definida como a intensidade da energia por unidade de tempo (P = W/T). Embora os pulsos individuais de laser de alteração de aletas possam não possuir energia excepcionalmente grande (W), sua extensão temporal abreviada (t) os transmite com potência de pico elevada.

Em termos de domínios de aplicativos, os lasers abrangem um espectro que abrange aplicações industriais, médicas e científicas. Os lasers da atosagundos encontram principalmente seu nicho dentro do domínio da pesquisa científica, particularmente na exploração de fenômenos em rápida evolução dentro dos domínios da física e da química, oferecendo uma janela para os processos dinâmicos rápidos do mundo microcósmico.

A categorização por meio a laser delineia lasers como lasers de gás, lasers de estado sólido, lasers líquidos e lasers semicondutores. A geração de lasers de atossegundos normalmente depende da mídia a laser a gás, capitalizando os efeitos ópticos não lineares para gerar harmônicos de alta ordem.

Em resumo, os lasers da atosagundos constituem uma classe única de lasers de pulso curto, distinguidos por suas durações de pulso extraordinariamente breves, normalmente medidas em atossegundos. Como resultado, eles se tornaram ferramentas indispensáveis ​​para observar e controlar os processos dinâmicos ultra -rápidos de elétrons em átomos, moléculas e materiais sólidos.

O processo elaborado de geração de laser de atOSgundos

A tecnologia a laser da Attossegund está na vanguarda da inovação científica, com um conjunto de condições intrigantemente rigoroso para sua geração. Para elucidar os meandros da geração de laser de altossegundos, começamos com uma exposição concisa de seus princípios subjacentes, seguidos por metáforas vívidas derivadas de experiências cotidianas. Os leitores não versados ​​nos meandros da física relevante não precisam desesperar, pois as metáforas que se seguiam visam tornar acessíveis a física fundamental dos lasers de atossegundos.

O processo de geração de lasers de atossegundos depende principalmente da técnica conhecida como alta geração harmônica (HHG). Em primeiro lugar, um feixe de pulsos de laser de femtossegundos de alta intensidade (10^-15 segundos) é fortemente focado em um material alvo gasoso. Vale a pena notar que os lasers de femtossegundos, semelhantes a lasers de adtossegundos, compartilham as características de possuir durações de pulso curtas e alta potência de pico. Sob a influência do intenso campo a laser, os elétrons dentro dos átomos de gás são momentaneamente libertados de seus núcleos atômicos, entrando transitoriamente em um estado de elétrons livres. Como esses elétrons oscilam em resposta ao campo do laser, eles eventualmente retornam e recombinam com seus núcleos atômicos parentais, criando novos estados de alta energia.

Durante esse processo, os elétrons se movem em velocidades extremamente altas e, após a recombinação com os núcleos atômicos, liberam energia adicional na forma de altas emissões harmônicas, manifestando-se como fótons de alta energia.

As frequências desses fótons de alta energia recém-gerados são múltiplos inteiros da frequência original do laser, formando o que é denominado harmônicos de alta ordem, onde "harmônicos" indica frequências que são múltiplos integrais da frequência original. Para atingir lasers da Attossegundos, torna-se necessário filtrar e focar esses harmônicos de alta ordem, selecionando harmônicos específicos e concentrando-os em um ponto focal. Se desejado, as técnicas de compressão de pulso podem abreviar ainda mais a duração do pulso, produzindo pulsos ultra-curtos na faixa de adtossegundos. Evidentemente, a geração de lasers de atossegundos constitui um processo sofisticado e multifacetado, exigindo um alto grau de proezas técnicas e equipamentos especializados.

Para desmistificar esse processo intrincado, oferecemos um paralelo metafórico fundamentado nos cenários cotidianos:

Pulsos de laser de femtossegundos de alta intensidade:

Pesquisando uma catapulta excepcionalmente potente capaz de arremessar instantaneamente pedras em velocidades colossais, semelhante ao papel desempenhado por pulsos de laser de femtossegundos de alta intensidade.

Material alvo gasoso:

Imagine um corpo tranquilo de água que simboliza o material alvo gasoso, onde cada gota de água representa inúmeros átomos de gás. O ato de impulsionar pedras para esse corpo de água reflete analogamente o impacto de pulsos de laser de femtossegundos de alta intensidade no material alvo gasoso.

Motivo de elétrons e recombinação (transição fisicamente denominada):

Quando os pulsos de laser de femtossegundos afetam os átomos de gás dentro do material alvo gasoso, um número significativo de elétrons externos é momentaneamente excitado para um estado em que se destacam de seus respectivos núcleos atômicos, formando um estado de plasma. À medida que a energia do sistema diminui subsequentemente (como os pulsos a laser são inerentemente pulsados, com intervalos de cessação), esses elétrons externos retornam à sua vizinhança dos núcleos atômicos, liberando fótons de alta energia.

Alta geração harmônica:

Imagine cada vez que uma gota de água volta à superfície do lago, cria ondulações, assim como os altos harmônicos em lasers de attossegundos. Essas ondulações têm frequências e amplitudes mais altas do que as ondulações originais causadas pelo pulso primário a laser de femtossegundos. Durante o processo HHG, um poderoso feixe de laser, semelhante a atirando continuamente pedras, ilumina um alvo de gás, semelhante à superfície do lago. Esse campo intenso a laser impulsiona elétrons no gás, análogo às ondulações, longe dos átomos dos pais e depois os puxa para trás. Cada vez que um elétron retorna ao átomo, ele emite um novo feixe de laser com uma frequência mais alta, semelhante a padrões de ondulação mais complexos.

Filtrando e foco:

A combinação de todos esses feixes de laser recém -gerados produz um espectro de várias cores (frequências ou comprimentos de onda), alguns dos quais constituem o laser da atosagunda. Para isolar tamanhos e frequências específicos de ondulação, você pode empregar um filtro especializado, semelhante à seleção de ondulações desejadas e empregar uma lupa para concentrá -las em uma área específica.

Compressão de pulso (se necessário):

Se você pretende propagar ondulações mais rapidamente e mais curtas, poderá acelerar a propagação deles usando um dispositivo especializado, reduzindo o tempo que cada ondulação dura. A geração de lasers de atossegundos envolve uma interação complexa de processos. No entanto, quando quebrado e visualizado, torna -se mais compreensível.