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.
BREAKING NEWS
The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the 2023 #NobelPrize in Physics to Pierre Agostini, Ferenc Krausz and Anne L’Huillier “for experimental methods that generate attosecond pulses of light for the study of electron dynamics in matter.” pic.twitter.com/6sPjl1FFzv— The Nobel Prize (@NobelPrize) October 3, 2023
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.
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.
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.
