Nobelprijs natuurkunde voor momentopnamen van supersnelle piepkleine deeltjes
De drie Nobelprijswinnaars voor de natuurkunde 2023 zijn Pierre Agostini, Ferenc Krausz en Anne L’Huillier. Ze krijgen de prijs voor hun experimenten met ultrakorte lichtpulsen die kunnen worden gebruikt om extreem snelle processen waarin elektronen bewegen meetbaar te maken. Ze maken zo als het ware momentopnamen van supersnelle piepkleine racewagentjes.
Een film met miljard2 beeldjes per seconde
Snel bewegende gebeurtenissen vloeien in elkaar over wanneer ze door mensen worden waargenomen, net zoals een film die uit stilstaande beelden bestaat, wordt waargenomen als voortdurende beweging. Als we echt korte gebeurtenissen willen onderzoeken, hebben we speciale technologie nodig. In de wereld van elektronen vinden veranderingen plaats in een paar tienden van een attoseconde – een attoseconde is zo kort - 1×10−18 van een seconde - dat er in één seconde net zoveel zijn als er seconden zijn geweest sinds de geboorte van het universum.
Lichtflits die onderzoek elektronen mogelijk maakt
De experimenten van de laureaten hebben lichtpulsen opgeleverd die zo kort zijn dat ze in attoseconden worden gemeten. Daarmee wordt aangetoond dat deze pulsen kunnen worden gebruikt om beelden te maken van processen in atomen en moleculen.
In 1987 ontdekte Anne L’Huillier dat er veel verschillende boventonen van licht ontstonden toen ze infrarood laserlicht door een edelgas liet gaan. Elke boventoon is een lichtgolf met een bepaald aantal cycli voor elke cyclus in het laserlicht. Ze worden veroorzaakt doordat het laserlicht in wisselwerking staat met atomen in het gas; het geeft sommige elektronen extra energie die vervolgens als licht wordt uitgezonden. Anne L’Huillier is dit fenomeen blijven onderzoeken en heeft daarmee de basis gelegd voor latere doorbraken.
In 2001 slaagde Pierre Agostini erin een reeks opeenvolgende lichtpulsen te produceren en te onderzoeken, waarbij elke puls slechts 250 attoseconden duurde. Tegelijkertijd werkte Ferenc Krausz aan een ander type experiment, een experiment dat het mogelijk maakte om een enkele lichtpuls te isoleren die 650 attoseconden duurde.
De bijdragen van de laureaten hebben het mogelijk gemaakt om processen te onderzoeken die zo snel gaan dat ze voorheen onmogelijk te volgen waren.
Wat elektronen doen
“We kunnen nu de deur openen naar de wereld van elektronen. Attoseconde-fysica geeft ons de mogelijkheid om mechanismen te begrijpen die worden bestuurd door elektronen. De volgende stap zal het gebruik ervan zijn”, zegt Eva Olsson, voorzitter van het Nobelcomité voor Natuurkunde.
Er zijn potentiële toepassingen op veel verschillende gebieden. In de elektronica is het bijvoorbeeld belangrijk om te begrijpen en te controleren hoe elektronen zich in een materiaal gedragen. Attosecondepulsen kunnen ook worden gebruikt om verschillende moleculen te identificeren, zoals in de medische diagnostiek.
Schema van de proefopstelling waarmee superkorte lichtflitsen worden gegenereerd Bld Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
.gif)
