Нобелевская премия по физике присуждена 3 ученым за объяснение того, как движутся электроны

Электроны движутся со скоростью примерно в 70 км./с. Эта скорость долгое время делала их невозможными для изучения. Новые экспериментальные методы, созданные тремя учеными-лауреатами, используют короткие световые импульсы для фиксации движения электрона в один момент времени.

Представьте вращающийся вентилятор с максимальной скоростью: каждая лопасть - размытое пятно. Но если вы направите на вентилятор стробоскоп, каждая вспышка осветит застывший момент времени. По мере того как вспышки становятся короче, появляется больше информации о вентиляторе.

Чтобы изучить движение электронов, ученым пришлось использовать импульсы света, которые длятся всего лишь в масштабе аттосекунд; аттосекунда составляет одну квинтиллионную секунды. По данным Шведской королевской академии наук, которая присуждает Нобелевские премии, количество аттосекунд в одной секунде совпадает с количеством всех секунд, прошедших с момента возникновения Вселенной 13,8 миллиарда лет назад.

Лауреаты:

82-летний Пьер Агостини - почетный профессор Университета штата Огайо. Он получил образование во Франции.

61-летний Ференц Крауш - директор Института квантовой оптики имени Макса Планка в Германии и профессор экспериментальной физики Мюнхенского университета Людвига Максимилиана. Он родился в Венгрии.

65-летняя Энн Л'Уиллье - профессор Лундского университета в Швеции. Она родилась в Париже.

Почему комитет выбрал их?

В 1987 году доктор Л'Уиллье заложил основу для исследований на электронном уровне, изучив эффекты интенсивного лазерного излучения через благородные газы — бесцветные одноатомные газы без запаха с низкой химической реакционной способностью. Она обнаружила, что лазер заряжает газ энергией, заставляя его излучать свет на особых частотах.

Свет - это электромагнитная волна, характеризующаяся гребнями и провалами, расстояния между которыми зависят от ее частоты. Эти волны взаимодействуют друг с другом по мере прохождения, становясь более интенсивными, когда гребни встречаются друг с другом, и нейтрализуя друг друга, когда гребень совпадает с провалом. Работа доктора Л'Уиллье показала, что эти волны могут выстраиваться в правильную линию, создавая короткие импульсы света, которые можно использовать для изучения электронов.

Но ученые не были уверены, как объединить эти волны или измерить такие короткие импульсы до 2001 года, когда доктор Агостини успешно продемонстрировал метод получения серии световых импульсов продолжительностью 250 аттосекунд. Независимо друг от друга доктор Крауш использовал другую технику для генерации одиночного светового импульса продолжительностью 650 аттосекунд. Последующие достижения позволили сегодня получать импульсы длиной всего в несколько десятков аттосекунд.

Ученые могут использовать этот субатомный “стробоскоп”, чтобы сделать снимок внутренней работы атомов. Эффект не создаст реальных изображений, но раскроет информацию об относительном положении электронов вокруг атома или внутри молекул и о том, сколько времени требуется, чтобы оторвать их от ядра, с которым они связаны. Аттосекундная физика также позволит ученым измерить время высвобождения электронов из материала при попадании на него света. Альберт Эйнштейн получил Нобелевскую премию по физике 1921 года за создание теории этого явления, известного как фотоэлектрический эффект.

Доступ к сверхбыстрому миру движения электронов также может привести к прогрессу в схемотехнике, разработке лекарств и материалов, используемых для батарей, а также неинвазивных диагностических инструментов в медицине.