Vào tối thứ Ba, giờ Bắc Kinh, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã tổ chức một cuộc họp báo để thông báo rằng Giải Nobel Vật lý năm 2023 sẽ được trao cho Pierre Agostini của Đại học Bang Ohio , Viện Quang học Lượng tử Max Planck và Ba nhà khoa học Munich, Ferenc Krausz từ trường Đại học và Anne L'Huillier từ Đại học Lund ở Thụy Điển, đã được trao giải vì những đóng góp của họ cho ánh sáng xung atto giây.


(Nguồn: Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển)

Trước giải thưởng, ngành công nghiệp nhìn chung kỳ vọng rằng vật lý atto giây sẽ là một chủ đề nóng trong năm nay. Với tư cách là "Giải Nobel hàng đầu", Giải Wolf Vật lý năm ngoái cũng được trao cho Ferenc Clausius, Anne Ruillier và Giáo sư Paul Corkum của Đại học Ottawa để ghi nhận "những đóng góp tiên phong của họ cho khoa học laser cực nhanh và vật lý atto giây".

Điều đáng nói là Luilier là nhà khoa học nữ thứ năm trong lịch sử Giải Nobel Vật lý. Khi ban tổ chức gọi cho cô để thông báo về giải thưởng vào thứ ba, cô đang giảng bài trong trường và đã nhấn nút gọi của ban tổ chức nhiều lần.

Giống như giây mà chúng ta quen thuộc, atto giây cũng là một đơn vị thời gian. Nó được đo bằng 10⁻¹⁸ giây (0,000000000000000001 giây), đủ để cho thấy khoảng thời gian này ngắn như thế nào. Các quan chức giải Nobel cho biết ba nhà khoa học đã trình diễn một phương pháp tạo ra các xung ánh sáng cực ngắn có thể dùng để đo quá trình chuyển động nhanh chóng của electron hoặc sự thay đổi năng lượng. Các điện tử chuyển động rất nhanh và từng được coi là "chuyển động không thể theo dõi". Tuy nhiên, vật lý atto giây đã phá vỡ điều không thể này.


(Nguồn: Viện Vật lý, Viện Khoa học Trung Quốc, tài khoản công khai WeChat của "Quang học Trung Quốc")

Tất cả điều này bắt đầu bằng 1987. Anne Ruillier phát hiện ra rằng khi tia laser hồng ngoại đi qua các loại khí hiếm sẽ tạo ra nhiều âm bội ánh sáng khác nhau. Chúng được gây ra bởi sự tương tác của tia laser với các nguyên tử trong chất khí, cung cấp thêm năng lượng cho một số electron, sau đó năng lượng này được phát ra dưới dạng ánh sáng. Ruillier sau đó tiếp tục khám phá hiện tượng này, đặt nền móng cho những đột phá tiếp theo.

Năm 2001 , Pierre Agostini đã tạo và nghiên cứu thành công một chuỗi xung ánh sáng liên tiếp, mỗi xung chỉ kéo dài 250 atto giây. Đồng thời, Ferenc Clausius, trong một loại thí nghiệm khác, đã cô lập thành công một xung ánh sáng duy nhất tồn tại trong 650 atto giây, khiến độ rộng xung ánh sáng đạt đến mức atto giây. Nỗ lực của các nhà khoa học này cũng cho phép con người nghiên cứu các quá trình vật lý, hóa học và sinh học khác nhau trong khoảng thời gian cực ngắn và cho thấy giá trị tiềm năng trong các lĩnh vực như y học và sản xuất công nghiệp.


(Tổng quan về thiết lập thí nghiệm, nguồn: Ban tổ chức giải Nobel)

Nobel Vật lý Eva Olson, chủ tịch ủy ban tuyển chọn học bổng, nhận xét: " Bây giờ chúng ta có thể mở cánh cửa bước vào thế giới điện tử. Vật lý attosecond cho chúng ta cơ hội hiểu được sự điều khiển của điện tử cơ chế tiếp theo. Bước tiếp theo sẽ là khai thác chúng ”

Vật lý Attosecond của “Chụp ảnh chuyển động của điện tử”

Khi giải thích vai trò của các xung ánh sáng cực ngắn, ví dụ yêu thích của các nhà khoa học là “máy ảnh” màn trập”. Các xung ở các thang đo khác nhau chính xác là “tốc độ nhấn nút chụp”. Vào những năm 1980, con người đã đẩy độ rộng của tia laser xung vào lĩnh vực femto giây, mở ra khả năng quan sát chuyển động của các phân tử và nguyên tử , trong khi tia laser atto giây cho phép con người quan sát chuyển động của các electron trong các phân tử và nguyên tử .

Bob Rosner, chủ tịch Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ và là giáo sư tại Đại học Chicago, giải thích rằng cũng giống như việc xây một ngôi nhà. Chúng ta có thể quan sát quá trình lắp dựng dần dần của móng, tường, mái và sự lắp ráp của các phân tử cũng tuân theo trình tự này. Laser atto giây cho phép chúng ta quan sát quá trình lắp ráp phân tử .

Trong các lĩnh vực ứng dụng thực tế, laser attosecond cũng có giá trị ứng dụng vượt trội trong nhiều lĩnh vực. Ví dụ, chúng có thể hiển thị độ phân giải cao hơn trong hình ảnh y tế và "phẫu thuật femto giây (điều chỉnh thị lực)" mà các nhà đầu tư rất quen thuộc cũng được kỳ vọng sẽ cải thiện hơn nữa độ chính xác của việc cắt. Nó cũng có tiềm năng lớn trong các lĩnh vực như vật liệu quang học và chất bán dẫn. Vì vật lý attosecond nghiên cứu chuyển động của các electron nên có thể nói rằng mọi thứ trên thế giới đều có thể chuyển lên cấp độ cao hơn với sự trợ giúp của công nghệ này.


(Triển vọng ứng dụng laser atto giây trong một số lĩnh vực)

Giải Vật lý cũng là giải Nobel thứ hai được trao trong năm nay. Giải Nobel Hóa học năm nay sẽ được trao cùng thời điểm vào ngày mai.