Cuộc phỏng vấn với người đoạt giải Nobel Anne L'Huillier, khám phá tầm nhìn của cô về xung laser Attosecond

Giải Nobel Vật lý năm 2023 đã được trao cho Anne L'Huillier và hai đồng nghiệp của cô là Pierre Agostini và Ferenc Krausz, và mới đây Berthold Leibinger Stiftung đã trao cho nhà vật lý hạt nhân Giải thưởng Tương lai Berthold Leibinger. Giải thưởng Tương lai Leibinger Trong một cuộc phỏng vấn độc quyền, Anne L'Huillier, người vừa được trao giải Nobel Vật lý, kể cho chúng ta nghe về nghiên cứu về xung laser atto giây.
Hỏi: Giáo sư L'Huillier, nếu ông đang dự một bữa tiệc nướng và có ai đó hỏi ông kiếm sống bằng nghề gì, ông sẽ nói gì?
L＇Huillier: Thông thường tôi sẽ nói rằng tôi làm việc chủ yếu trong lĩnh vực vật lý laser và vật lý nguyên tử. Nhóm của chúng tôi có thể chiếu sáng bằng các xung ánh sáng laser rất ngắn, giúp có thể chụp ảnh một số quá trình chuyển động rất nhanh, chẳng hạn như những quá trình liên quan đến chuyển động của các electron. Bạn có thể coi nó giống như chức năng của đèn flash của máy ảnh thông thường.
Hỏi: Khi bạn nói "rất, rất ngắn", ý bạn là ......?
L＇Huillier: Xung laser dài chỉ vài atto giây.
Hỏi: Bạn có thể mô tả ngắn gọn về atto giây được không?
L＇Huillier: Thực sự rất khó diễn tả. Tôi nghĩ có thể dễ hiểu hơn khi so sánh: 1 atto giây bằng 1 giây và 1 giây bằng tổng tuổi của vũ trụ (14 tỷ năm). Nhưng tôi không chắc chắn rằng mô tả này có thực sự giúp bạn hiểu được atto giây hay không.
Hỏi: Ồ, nó có thể giúp ích được một chút.
L＇Huillier: Chúng ta sẽ luôn có cảm giác quen thuộc rằng atto giây không thể được cảm nhận bằng thời gian mà con người có thể hiểu được. Tuy nhiên, may mắn thay, chúng ta có thể xác minh điều đó với sự trợ giúp của các lý thuyết trừu tượng toán học và khoa học cũng như các thí nghiệm, và từ đó chúng ta biết rằng 1 atto giây=10-18 giây. Hơn nữa, một câu hỏi thú vị hơn việc nghĩ về độ dài của một atto giây là tại sao chúng ta muốn có một thang thời gian nhỏ như vậy.
Hỏi: Vậy tại sao chúng ta cần các xung có độ dài atto giây?
L＇Huillier: Bởi vì một số quá trình trong tự nhiên diễn ra nhanh đến mức chúng ta chỉ có thể đo chúng với sự trợ giúp của các xung ánh sáng atto giây, trong đó quan trọng nhất là chuyển động của các electron. Đèn flash càng nhanh, tức là xung ánh sáng càng ngắn thì chúng ta có thể quan sát quá trình càng gần. Ngày nay, nhóm nghiên cứu của tôi vẫn tập trung vào việc chụp ảnh các quá trình đơn giản trong và xung quanh nguyên tử, vì điều này dễ đạt được hơn. Tuy nhiên, nếu chúng ta có thể đạt được tiến bộ hơn nữa trong lĩnh vực này, chúng ta sẽ có thể quan sát được chuyển động của các electron trong các hệ phức tạp hơn, chẳng hạn như trong các phân tử. Chuyển động của electron gây ra phản ứng hóa học. Một ngày nào đó, chúng ta sẽ có thể đo được những chuyển động ban đầu này.
Hỏi: Và sau đó thì sao?
L＇Huillier: Đo lường là bước đầu tiên để kiểm soát. Vì vậy, về lâu dài, mục tiêu lớn nhất của chúng tôi là có thể kiểm soát các phản ứng hóa học ở cấp độ điện tử.
Hỏi: Kiểm soát nó và sử dụng nó để làm gì?
L'Huillier: Thật khó để tôi dự đoán nó sẽ được sử dụng ở đâu hoặc nó sẽ thay đổi điều gì trong tương lai, nhưng đó là nghiên cứu cơ bản.
Nhóm nghiên cứu của giáo sư Anne L'Huillier ở Lund, Thụy Điển, sử dụng tia laser femto giây để tạo ra các xung ánh sáng có sóng hài cao. Các xung này sau đó được sử dụng để tạo ra các xung laser atto giây để hình dung các quá trình nguyên tử
Hỏi: Trong một thí nghiệm vào năm 1987, ông đã phát hiện ra các sóng hài cao vốn là điều kiện tiên quyết để tạo ra các xung atto giây.
L＇Huillier: Vâng, đó là một sự trùng hợp thú vị. Đó là điều tuyệt vời nhất khi bạn khám phá ra điều gì đó khiến bạn bất ngờ! Nó có nghĩa là có điều gì đó đang chờ bạn sửa chữa. Điều chúng tôi thực sự muốn làm lúc đó là bắn phá khí hiếm bằng tia laser mạnh và nghiên cứu hiệu ứng huỳnh quang. Hóa ra ánh sáng mạnh nhất quan sát được trong quá trình này không phải là huỳnh quang mà là sự hài hòa cao của tần số laser, một khám phá đã thay đổi sự nghiệp khoa học của tôi. Với việc tạo ra các sóng hài cao, có thể tạo ra các xung atto giây. Đó là điều tôi vẫn đang làm bây giờ.
Hỏi: Có thể hình thành ít nhất một hình ảnh tinh thần về sự tạo ra hài hòa cao không?
L＇Huillier: Vâng! Tôi có một so sánh tốt hơn atto giây và tuổi của vũ trụ. Nếu bạn đưa một cây vĩ qua dây đàn violin, bạn sẽ không chỉ nhận được các âm thuần (tần số âm thuần) mà còn cả các tần số khác. Trong âm nhạc, những tần số này được gọi là âm bội và chúng mang lại màu sắc cho giai điệu; âm bội còn được gọi là sóng hài. Điều tương tự xảy ra khi bạn cho một chất khí tiếp xúc với xung laser femto giây trong những điều kiện nhất định, điều này tạo ra các tần số laser mới có bước sóng ngắn hơn. Bạn có thể nói rằng các sóng hài cao hơn chính là âm bội của vật lý laser.
Hỏi: Xung ánh sáng có sóng hài cao có thể làm được những gì?
L＇Huillier: Bạn có thể sử dụng chúng để tạo ra xung atto giây, nhưng chúng cũng hữu ích theo cách riêng của chúng. Chúng tôi hiện đang làm việc với một nhà sản xuất thiết bị in thạch bản và đo lường cho ngành bán dẫn để sử dụng sóng hài cao để kiểm tra các cấu trúc vi mô bán dẫn. Đây là một dự án rất hữu hình đối với một người như tôi đang nghiên cứu cơ bản. Tôi ngạc nhiên và hài lòng vì công việc của chúng tôi có ích cho xã hội.
Giáo sư Anne L＇Huillier đã giúp thiết lập cơ sở vật lý của laser atto giây. Công việc này có thể sớm thắp sáng thế giới điện tử.
Hỏi: Nghiên cứu của ông có góp phần vào sự phát triển của công nghệ laser không?
L＇Huillier: Chắc chắn, công trình nghiên cứu vật lý atto giây của chúng tôi đã tiếp tục truyền cảm hứng cho các nhà sản xuất laser phát triển các laser xung siêu ngắn mới và tốt hơn trong vài thập kỷ qua. Tất nhiên, chúng ta cũng được hưởng lợi từ các nguồn chùm tia tốt hơn. Nguồn laser ban đầu càng tốt thì sóng hài càng cao sẽ có khả năng tạo ra xung atto giây càng tốt. Đối với chúng tôi, điều này dẫn đến những tiến bộ công nghệ hơn nữa, chẳng hạn như phương pháp chẩn đoán và đo lường mới trong lĩnh vực công nghệ laser USP - nói cách khác, chúng tôi tiếp tục truyền cảm hứng cho nhau. Nhưng ngoài những tác dụng phụ dễ chịu này, còn có một điều gì đó khác trong công việc của tôi rất quan trọng đối với tôi.
Hỏi: Điều gì khác rất quan trọng với bạn?
L＇Huillier: Tôi là nhà nghiên cứu nhưng cũng là giáo viên. Điều đó có nghĩa là tôi có cơ hội dạy dỗ một nhóm người trẻ thông minh và chứng kiến ​​họ trưởng thành và làm phong phú thêm trải nghiệm của mình, điều mà tôi nghĩ đó là đóng góp lớn nhất của tôi.
Anne L'Huillier's profile
Anne L'Huillier sinh năm 1958 tại Paris, là nhà vật lý người Pháp và hiện là Giáo sư Vật lý Nguyên tử tại Đại học Lund. Bà là một trong những nhân vật chủ chốt trong việc thành lập lĩnh vực nghiên cứu vật lý atto giây và đã nhận được nhiều giải thưởng. Đầu năm nay, cô đã nhận được Giải thưởng Tương lai Berthold Leibinger cho những thành tựu nghiên cứu của mình và chỉ vài ngày sau, cô được trao Giải Nobel Vật lý năm 2023 cùng với Pierre Agostini và Ferenc Krausz.