Wie schnell ist die Attosekunde?

Der Nobelpreis für Physik 2023 wurde an drei Wissenschaftler für ihre Forschung zur Attosekunde verliehen, die zu Durchbrüchen in der Elektronik und Chemie führen könnte.

Die drei Wissenschaftler Pierre Agostini, Ferenc Krausz und Anne L’Huillier erhielten den Nobelpreis für Physik 2023. Foto: CNN

Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften gab bekannt, dass die Wissenschaftler Pierre Agostini (55 Jahre), Ferenc Krausz (61 Jahre) und Anne L'Huillier (65 Jahre) am 3. Oktober um 16:45 Uhr ( Hanoi- Zeit) den Nobelpreis für Physik 2023 für ihre experimentellen Methoden erhalten, die zur Erzeugung von Attosekunden-Lichtimpulsen zur Untersuchung der Elektronendynamik in Materie beitragen.

Ihre Arbeit mit Lasern liefert Wissenschaftlern Werkzeuge, um Elektronen zu beobachten und möglicherweise sogar zu steuern. Dies könnte zu Durchbrüchen in vielen Bereichen wie der Elektronik und Chemie führen.

Eine Attosekunde ist ein Milliardstel einer Milliardstel Sekunde. Vereinfacht ausgedrückt: Die Anzahl der Attosekunden in einer Sekunde entspricht der Anzahl der Sekunden in der gesamten 13,8 Milliarden Jahre währenden Geschichte des Universums. Laut Hans Jakob Wörner, Forscher an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich, ist die Attosekunde der kürzeste Zeitabschnitt, den der Mensch direkt messen kann.

Die Fähigkeit, innerhalb dieses Zeitrahmens zu agieren, ist entscheidend, da dies die Geschwindigkeit ist, mit der sich Elektronen – die wichtigsten Bausteine ​​eines Atoms – bewegen. Beispielsweise benötigt ein Elektron 150 Attosekunden, um den Atomkern eines Wasserstoffatoms zu umrunden.

Das bedeutet, dass die Untersuchung von Attosekunden Wissenschaftlern Zugang zu einem fundamentalen Prozess ermöglicht, der ihnen zuvor unerreichbar war. Alle elektronischen Geräte sind von der Bewegung von Elektronen betroffen, und die aktuelle Geschwindigkeitsgrenze liegt laut Woerner bei Nanosekunden. Würde man Mikroprozessoren auf Attosekunden umstellen, könnte die Informationsverarbeitung eine Milliarde Mal schneller möglich werden.

Ein Atom besteht aus einem Kern aus Protonen und Neutronen, der von Elektronen umgeben ist. (Bild: Rost-9D/Getty)

Die schwedische Physikerin französischer Herkunft, Anne L’Huillier, entdeckte als Erste ein Instrument, das die Welt der Attosekundenmessung erschloss. Dieses Instrument nutzt Hochleistungslaser, um Lichtimpulse in extrem kurzen Intervallen zu erzeugen.

Franck Lépine, Forscher am französischen Institut für Licht und Materie und ehemaliger Mitarbeiter von L’Huillier, beschreibt das Gerät als eine Art Film für Elektronen. Er vergleicht es mit der Arbeit der beiden französischen Filmpioniere Auguste und Louis Lumière, die Szenen durch eine Reihe von Fotografien konstruierten. Laut John Tisch, Professor für Laserphysik am Imperial College London, handelt es sich um ein Gerät, das extrem schnelle Lichtimpulse aussendet, um Materialien zu untersuchen und Informationen über deren Reaktionen in diesem Zeitraum zu sammeln.

Alle drei gestrigen Gewinner hielten zuvor den Weltrekord für den kürzesten Lichtimpuls. Im Jahr 2001 erzeugte ein Forschungsteam unter der Leitung des französischen Wissenschaftlers Pierre Agostini einen Lichtimpuls von nur 250 Attosekunden. L’Huilliers Team übertraf diesen Rekord 2003 mit 170 Attosekunden. 2008 verkürzte der österreichisch-ungarische Physiker Ferenc Krausz die Dauer um mehr als die Hälfte auf 80 Attosekunden.

Woerners Forschungsteam hält derzeit den Guinness-Weltrekord für den kürzesten Lichtimpuls mit einer Dauer von 43 Attosekunden. Woerner schätzt, dass diese Zeit mit der aktuellen Technologie auf nur wenige Attosekunden weiter reduziert werden könnte.

Experten zufolge ist die Attosekundentechnologie noch nicht weit verbreitet, doch die Zukunft sieht vielversprechend aus. Bislang konnten Wissenschaftler Attosekunden hauptsächlich zur Beobachtung von Elektronen nutzen. Die Kontrolle von Elektronen und die Manipulation ihrer Bewegung sind laut Woerner prinzipiell noch nicht möglich oder erst allmählich realisierbar. Dies könnte elektronische Geräte deutlich beschleunigen und möglicherweise eine Revolution in der Chemie auslösen.

„Wir sind nicht mehr auf das natürliche Verhalten von Molekülen beschränkt, sondern können sie unseren Bedürfnissen anpassen“, sagte Woerner. Er fügte hinzu, dass die „Atto-Chemie“ zu effizienteren Solarzellen führen oder sogar Lichtenergie zur Herstellung sauberer Kraftstoffe nutzen könnte.

Thu Thao (Laut AFP )

Quellenlink: https://vnexpress.net/atto-giay-nhanh-den-dau-4660582.html