Šių metų fizikos Nobelio premija paskirta JAV dirbančiam prancūzų mokslininkui prof. Pierre’ui Agostini, Vokietijoje dirbančiam vengrų ir austrų mokslininkui prof. Ferencui Krauszui ir Švedijoje dirbančiai prancūzei prof. Anne L’Huillier. Jie apdovanoti už sukurtus eksperimentinius metodus, kuriais generuojami atosekundiniai šviesos impulsai, skirti elektronų dinamikai medžiagoje tirti.

Vilniaus universiteto (VU) Fizikos fakulteto Lazerinių tyrimų centro vyriausiasis mokslo darbuotojas prof. Mikas Vengris sako, kad nors kol kas kalbėti apie atradimo pritaikymą pramonėje, medicinoje, versle ankstoka, šie impulsai jau naudojami priešakiniuose fizikos, chemijos ir medžiagotyros mokslo tyrimuose.

Labai trumpų ir labai didelio dažnio šviesos impulsų fizika

Kaip aiškina prof. M. Vengris, tai – labai trumpų ir labai didelio dažnio šviesos impulsų fizika: „Jei įsivaizduosime šviesą kaip erdvėje sklindančią bangą, trumpiausias įmanomas šviesos žybsnis erdvėje yra tokio ilgio, kuriame telpa vienas subangavimas aukštyn žemyn. Kadangi šviesos greitis visada tas pats – 300 tūkstančių kilometrų per sekundę, matomai šviesai toks subangavimas atitinka kelias femtosekundes. Per kelias femtosekundes pastebimai spėja pajudėti nedidelis atomas ar atomo branduolys.“

Pasak VU profesoriaus, elektronai – du tūkstančius kartų lengvesni už branduolius, o jų judėjimo greitis – apie tūkstantį kartų didesnis. Tad norint susekti, kaip jie juda, reikia jau atosekundinių – daug trumpesnes bangas atitinkančių šviesos žybsnių, už kurių eksperimentinį pademonstravimą ir apdovanoti profesoriai P. Agostini, F. Krauszas ir A. L’Huiller.

Prof. M. Vengris pabrėžia, kad šie eksperimentai – tai logiška tąsa iki tol buvusių lazerinių eksperimentų: „Skirtumas tas, kad jie leidžia pažvelgti į daug greitesnius procesus, pvz., stebėti, kaip šviesa iš medžiagos išlaisvina elektroną. O tam reikia visai kitokių eksperimentinių metodų. Radijo bangos ir matoma šviesa – juk tos pačios elektromagnetinės bangos, bet radijo imtuvas gerokai skiriasi nuo fotoaparato. Taigi ir atosekundinė optika visai nepanaši į femtosekundinę.“

Atosekundinis impulsas – lyg stroboskopinė blykstė diskotekoje

„Atosekundė – tai labai trumpas laiko tarpas. Sekundėje yra maždaug tiek pat atosekundžių, kiek praėjo sekundžių nuo Didžiojo sprogimo. Toks šviesos žybsnių trumpumas leidžia naudoti juos išsamiai tiriant elektronų judėjimą medžiagoje. Per atosekundes elektrono aplinka – atomai ir molekulės nė kiek nespėja pajudėti, jie yra tarsi „užšalę“. Todėl atosekundinis impulsas stebint elektronus – tai lyg stroboskopinė blykstė diskotekoje, kai kiekvieno žybsnio metu šokėjai atrodo sustingę vis kita poza. Tas elektronų „pozas“ ir eksperimente registruoja jautrūs detektoriai“, – lygina prof. M. Vengris.

Jis sako, kad, kaip ir (beveik) kiekvienos Nobelio premijos atveju, svarbu įvertinti ne tik laureatų, bet ir tų mokslininkų indėlį, kurie taip pat dirbo šioje srityje, nors premijos ir negavo. Tik dėl bendro visų mokslininkų darbo atosekundžių tema tapo tiek svarbi, kad apskritai nusipelnė Nobelio.

„Kalbant apie konkrečius laureatus, prof. A. L’Huiller parodė, kad, šviečiant intensyviu infraraudonosios srities lazerio spinduliu į inertines dujas, gaunami lazerio dažnio overtonai, vadinami harmonikomis, pažįstamomis iš muzikos (nata, paskambinta pianinu, skiriasi nuo tos pačios natos, pagriežtos smuiku, būtent dėl aukštesnių harmonikų). Taip buvo sukurtas būdas sutrumpinti lazerio spinduliuotės bangų ilgį, o tuomet – iš tų trumpesnių bangų sugeneruoti trumpesnius impulsus. Kaip sugeneruoti tokių atosekundinių žybsnių papliūpas, sugalvojo prof. P. Agostini, kuris pirmąkart išmatavo vieno tokio žybsnio trukmę, siekusią apie 250 atosekundžių. Pavienius žybsnius pirmą kartą sugeneravo ir detaliai charakterizavo F. Krauszas. Jo laboratorijoje kurį laiką dirbo VU absolventas, dabar Vienos technikos universiteto profesorius Andrius Baltuška“, – vardija prof. M. Vengris.

Kur lazeriai, ten – lietuviai

Pasak VU profesoriaus, kol kas apie praktinius taikymus pramonėje, medicinoje ar versle kalbėti ankstoka: „Atosekundinių impulsų lazeriai technologiškai dabar atitinka praėjusio amžiaus kompiuterius, kurie užimdavo didelius pastatus ir naudojo labai daug elektros energijos. Tačiau šie impulsai jau taikomi priešakiniuose fizikos, chemijos ir medžiagotyros mokslo tyrimuose. Juos plėtojant neabejotinai atsiras technologijos, dėl kurių šie lazeriai atpigs, taps mažesni ir taupesni. Tuomet tikrai išvysime juos ir mikro- (o gal nano- ar piko-) elektronikoje, medicinoje ir pramonės gamyboje.“

Atsakydamas į klausimą, ar šioje srityje dirba lietuviai, prof. M. Vengris pabrėžia, kad ten, kur lazeriai ir trumpieji impulsai, be lietuvių neapsieisi: „Pats su kolegomis kaip tik šiuo metu dirbu prie atosekundinės spektroskopijos ir vaizdinimo eksperimentinės sistemos. Lietuvių lazerininkai – tiek VU mokslininkai, tiek „Light Conversion“ ir „Eksplos“ lazerių gamintojai – sukūrė seriją lazerių „SYLOS“. Jie kaip tik dirba su atosekundiniais eksperimentais Europos Sąjungos Ekstremalios šviesos infrastruktūros laboratorijoje „ELI ALPS“ Segede, Vengrijoje.“

Pašnekovas teigia, kad jo minėto šiųmečio fizikos Nobelio laureato F. Krauszo įpėdinio prof. A. Baltuškos rankomis nuveikta nemaža dalis Nobelio premiją pelniusių darbų. Jis prie šių atradimų prisidėjo tuomet, kai pas F. Krauszą atliko podoktorantūros stažuotę.

P. Agostini yra Ohajo valstijos universiteto (JAV) profesorius, o F. Krauszas – Maxo Plancko kvantinės optikos instituto Vokietijoje direktorius. A. L’Huillier, vos penktoji moteris, nuo 1901 m. laimėjusi fizikos Nobelio premiją, yra Lundo universiteto (Švedija) profesorė.