Нобелевка за мимолетные видения: кто и почему получил престижную премию по физике в 2023 году

Можно подсмотреть, чем на самом деле занимаются электроны. Иллюстрация от Нобелевского комитета

Нобелевской премии по физике за 2023 год удостоены Пьер Агостини (Pierre Agostini) из Университета штата Огайо (The Ohio State University, Columbus, USA), Ференц Крауш (Ferenc Krausz) из Института квантовой оптики Макса Планка, Гархинг и Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (Max Planck Institute of Quantum Optics, Garching and Ludwig-Maximilians-Universität München, Germany) и Энн Л'Юилье (Anne L’Huillier) из Лундского университета, Швеция (Lund University, Sweden). Ученые получат награду «за экспериментальные методы, генерирующие аттосекундные импульсы света для изучения динамики электронов в веществе».

Объявляя лауреатов, представители Нобелевского комитета постарались объяснить, насколько мала аттосекунда. И сообщили, в одной секунде этих аттосекунд столько, сколько набралось самых секунд с момента образования Вселенной. В секунде, кто не знает, 10 в 18 степени аттосекунд.

За аттосекунду стремительный свет, двигающийся со скоростью в 300 000 километров секунду, пролетает расстояние сравнимое с размером атома.

За аттосекунды электроны в атомах перемещаются с места на место, переходят на новые энергетические уровни.

Аттосекундами измеряется время большинства процессов, протекающих в природе. Теперь за ними можно наблюдать, что называется, в развитии.

«Вклад лауреатов позволил исследовать процессы, которые протекают настолько быстро, что за ними ранее невозможно было уследить», - отмечено в пресс-релизе.

Простая аналогия: на дискотеках одно время освещали танцпол яркими вспышками света, быстро следующими друг за другом. Происходящее в результате словно бы распадалось на отдельные картинки – возникал так называемый стробоскопический эффект. В аттосекундной физике происходит примерно тоже самое. Только «вспышки» - лазерные и несравненно более скоротечные, а «танцуют» электроны. Полученные моментальные картинки демонстрирует то, как они – электроны - располагаются в веществе и то, как меняется их расположение. Получается своего рода фильм, на кадрах которого видно, что происходит.

«Мы открыли дверь в мир электронов, - образно выразилась Ева Олсон, председатель Нобелевского комитета по физике (Eva Olsson, Chair of the Nobel Committee for Physics). - Аттосекундная физика дает нам возможность понять механизмы, которыми управляют электроны. Следующим шагом будет их использование».

Примечально, что Ференц Крауш и Энн Л'Юилье за заслуги в области аттосекундной физики и сверхбыстрых лазеров в 2022 году получили международную премию Вольфа, которая считается самой престижной после Нобелевской.

Аттосекунда – пройдет и не заметишь. Иллюстрация Нобелевского комитета

КСТАТИ, ОБ ЭЛЕКТРОНАХ

Электроны – это такие ровные-ровные шарики. А были сомнения

Физики из Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology - NIST) и Университета Колорадо в Боулдере (University of Colorado Boulder) в компании с Эриком Корнеллом (Eric Cornell), лауреатом Нобелевской премии по физике 2001 года, убедились, что электрон – фундаментальная частица, носитель отрицательного электрического заряда - круглый. Идеально круглый.

Как образно выразились ученые, «электрон такой круглый, что если бы он был размером с земной шар, то на нем не было бы видно ни одной неровности, высота которой превышала бы размер атома».

Точности, потрясающей воображение, удалось достигнуть, измеряя так называемый электрический дипольный момент (electron’s electric dipole moment - eEDM) – параметр, характеризующий форму электрона. Он возникает, когда значения зарядов на разных сторонах шарика (на его «северном» и «южном» полюсах) хоть чуть-чуть, но отличаются друг от друга.

Любые значения выше нуля свидетельствовали бы о том, что электрон какой-нибудь кривой – например, яйцеобразный. А если eEDM равен нулю, то заряд внутри электрона распределен равномерно. Что указывает на то, что он круглый и никакой асимметрии в шарике нет.

Результаты нынешней команда ученых, были в 2,4 раз точнее предыдущих, полученных ими же в 2018 году.