Nobelova cena za fyziku 2023 stručně a jasně aneb Co vše lze stihnout během attosekundy

Nedávno udělené Nobelovy ceny za fyziku sice znají své laureáty již dále, na předání ocenění však došlo teprve nyní. Za co si trojice odborníků vysloužila uznání výboru udělujícího nejprestižnější ocenění v rámci (nejen) fyzikálních věd?

Nobelovou cenou za fyziku byli v roce 2023 podobně jako v letech minulých oceněni hned tři vědci – Pierre Agostini, Ferenc Krausz a Anne L’Huillier. Jejich společným tématem výzkumu bylo studium vlastností a stavů elektronů v extrémně krátkých intervalech, attosekundách (1 attosekunda = 10-18 sekund). Byla tak překonána stávající pomyslná hranice zlomku vteřiny, kterou tvořily femtosekundy (1 femtosekunda = 10-15 sekund)., dosud nejkratší časové úseky, během kterých byly elektrony pozorovány.

Druhá nejmenší zachytitelná jednotka času

Nejkratší doba, kterou se vědcům podařilo změřit, se pohybuje na hodnotě 247 zeptosekund (2.47 × 10-19 sekund), tedy v řádu desetin attosekund. Ta byla naměřena při průchodu paprsku světla molekulou vodíku. Tak daleko se výzkum Agostiniho, Krausze a L’Huillier zatím nedostal, ovšem i tak se k němu celkem výrazně přiblížili. Pro lidské oko je pohyb v takovýchto intervalech absolutně nezachytitelný, a proto bylo nutné vyvinout přístroje, které týmu fyziků práci usnadní. K tomu byla využita speciální kamera, která dokázala zaznamenat detaily o rozměrech elektronů, přičemž výsledné záběry následně zpomalila až na pozorovatelnou úroveň.

V principu tedy nejde o žádnou revoluci – technologii slow-motion již dnes běžně využívají například i mobilní telefony. Klíč tak pochopitelně tkví právě v detailech a v samotném výkonu. Každé měření totiž musí být navíc provedeno rychleji, než u zkoumaného jevu dojde ke znatelné změně. V opačném případě je totiž výsledkem pouze rozmazaný záznam. Laureátům letošních Nobelových cen za fyziku se však podařilo provést experimenty, které demonstrují metodu tvorby světelných pulzů, které jsou dostatečně krátké na to, aby zachytily obrazy procesů uvnitř samotných atomů a molekul.

Obrázek: Nobelova cena za fyziku 2023 stručně a jasně aneb Co vše lze stihnout během attosekundy

Vědcům se podařilo zlomky sekund zachytit zejména díky speciální kameře. Zdroj: Unsplash

Pohled mezi atomy a ještě dál

Pohybujeme-li se na úrovni takto malých částic, je rychlost jejich změn v čase v porovnání s makrosvětem naprosto nepředstavitelná. Částice v molekulách se tak zpravidla pohybují v řádech femtosekund. Pokud se ale podíváme do nitra samotných atomů – tedy například na pohyb elektronů – dostáváme se již na úroveň aktuálně opěvovaných attosekund. Jen pro srovnání; attosekund je v jedné sekundě zhruba tolik, kolik uplynulo sekund od vzniku našeho vesmíru. Zachytit tak krátký časový úsek tak bylo pro vědce velkou výzvou, se kterou se však dokázali vypořádat.

Objev otevírá novou fyzikální disciplínu

Série experimentů a pozorování nemá za výsledek pouze zdokonalení stávajících technologií užívaných pro sledování subatomárních částic. Díky trojici laureátu se fyzice otevírají zcela nové možnosti pochopení toho, jak se formuje a jak funguje hmota kolem nás. Ultrakrátké světelné pulzy tak nyní mohou být využity například pro studium pohybu elektronů a zpřesnění stávajících modelů atomů a molekul. Nabízí se také možnost využít tyto pulzy k ovlivnění energetické rovnováhy, což může vést ke vzniku dosud nepopsaných částic.

Obrázek: Nobelova cena za fyziku 2023 stručně a jasně aneb Co vše lze stihnout během attosekundy

Pro lepší představu vztáhli fyzici attosekundu k době existence našeho vesmíru. Zdroj: Se souhlasem Královské švédské akademie věd

Technologie by ale mohla najít uplatnění také v moderní medicíně, jelikož umožní poměrně přesnou chemickou analýzu na základě identifikace konkrétních molekul v těle. Fyzikové tak stojí na začátku nové kapitoly, která se s objevem Agostiniho, Krausze a L’Huillier teprve začíná psát.

Zdroje: 1, 2, 3

Odebírat
Upozornit na
guest
0 Komentářů
Inline Feedbacks
View all comments
Obrázek: Historický večer pro český internet: Vítězný zápas Česka s USA vygeneroval rekordní přenos dat
Historický večer pro český internet: Vítězný zápas Česka s USA vygeneroval rekordní přenos dat
Obrázek: Explozí na třídicích linkách přibývá. Kam vyhazovat elektronické hračky a jak je třídit?
Explozí na třídicích linkách přibývá. Kam vyhazovat elektronické hračky a jak je třídit?
Obrázek: Co se starými kryty na mobil? Česká značka FIXED dokáže, co jiní ne a vyrábí z nich nové
Co se starými kryty na mobil? Česká značka FIXED dokáže, co jiní ne a vyrábí z nich nové
Obrázek: AI ve vašem počítači. Co představí Microsoft na akci Microsoft Build 2024?
AI ve vašem počítači. Co představí Microsoft na akci Microsoft Build 2024?
Obrázek: Explozí na třídicích linkách přibývá. Kam vyhazovat elektronické hračky a jak je třídit?
Explozí na třídicích linkách přibývá. Kam vyhazovat elektronické hračky a jak je třídit?
Obrázek: Tuhle chybu dělá většina z nás: Datum narození jako heslo nepoužívejte
Tuhle chybu dělá většina z nás: Datum narození jako heslo nepoužívejte
Obrázek: Allegro Smart! Week poprvé v Česku: Ušetřit můžete tisíce, vybrali jsme pro vás nejzajímavější produkty
Allegro Smart! Week poprvé v Česku: Ušetřit můžete tisíce, vybrali jsme pro vás nejzajímavější produkty
Obrázek: Kde sledovat mistrovství světa v hokeji? Online v prohlížeči, na mobilu i v PC bez internetu
Kde sledovat mistrovství světa v hokeji? Online v prohlížeči, na mobilu i v PC bez internetu