Hoe snel is een attoseconde?

De Nobelprijs voor de Natuurkunde van 2023 werd toegekend aan drie wetenschappers voor hun onderzoek naar de attoseconde, wat zou kunnen leiden tot doorbraken in de elektronica en de chemie.

De drie wetenschappers Pierre Agostini, Ferenc Krausz en Anne L'Huillier ontvingen de Nobelprijs voor de Natuurkunde van 2023. Foto: CNN

De Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen heeft bekendgemaakt dat de wetenschappers Pierre Agostini (55 jaar), Ferenc Krausz (61 jaar) en Anne L'Huillier (65 jaar) de Nobelprijs voor de Natuurkunde van 2023 hebben ontvangen voor hun experimentele methoden waarmee attoseconde lichtpulsen kunnen worden gegenereerd om de elektronendynamiek in materie te bestuderen. De uitreiking vond plaats op 3 oktober om 16:45 uur ( Hanoi- tijd).

Hun werk met lasers biedt wetenschappers instrumenten om elektronen te observeren en mogelijk zelfs te controleren. Dit zou kunnen leiden tot doorbraken in vele vakgebieden, zoals elektronica en chemie.

Een attoseconde is een miljardste van een miljardste van een seconde. Simpeler gezegd: het aantal attoseconden in een seconde is gelijk aan het aantal seconden in de gehele 13,8 miljard jaar durende geschiedenis van het universum. Volgens Hans Jakob Woerner, onderzoeker aan de Zwitserse Federale Technische Hogeschool (ETH Zürich), is de attoseconde de kortste tijdsperiode die mensen direct kunnen meten.

Het vermogen om binnen dit tijdsbestek te opereren is cruciaal, omdat dit de snelheid is waarmee elektronen – de essentiële bouwstenen van een atoom – zich bewegen. Een elektron heeft bijvoorbeeld 150 attoseconden nodig om rond de kern van een waterstofatoom te draaien.

Dit betekent dat wetenschappers door de studie van attoseconden toegang krijgen tot een fundamenteel proces dat voorheen buiten hun bereik lag. Alle elektronische apparaten worden beïnvloed door de beweging van elektronen, en de huidige snelheidslimiet ligt volgens Woerner op nanoseconden. Als microprocessoren zouden worden omgebouwd naar attoseconden, zou het mogelijk worden om informatie een miljard keer sneller te verwerken.

Een atoom bestaat uit een kern die is opgebouwd uit protonen en neutronen, omgeven door elektronen. (Afbeelding: Rost-9D/Getty)

De Zweedse natuurkundige van Franse afkomst, Anne L'Huillier, was de eerste die een instrument ontdekte dat de wereld van de attoseconde zou ontsluiten. Dit instrument gebruikt krachtige lasers om lichtpulsen te genereren met extreem korte tussenpozen.

Franck Lepine, onderzoeker bij het Franse Instituut voor Licht en Materie, die eerder met L'Huillier samenwerkte, beschrijft het instrument als een soort film gemaakt voor elektronen. Hij vergelijkt het met het werk van twee baanbrekende Franse filmmakers – de broers Auguste en Louis Lumière – die scènes construeerden door een reeks foto's te maken. Volgens John Tisch, hoogleraar laserfysica aan het Imperial College London, is het een apparaat met extreem snelle lichtpulsen die op materialen kunnen worden gericht om informatie te verzamelen over hun reacties gedurende die tijd.

Alle drie de winnaars van gisteren hadden eerder het wereldrecord voor de kortste lichtpuls in handen. In 2001 creëerde een onderzoeksteam onder leiding van de Franse wetenschapper Pierre Agostini een lichtpuls van slechts 250 attoseconden. Het team van L'Huillier overtrof dat record in 2003 met 170 attoseconden. In 2008 halveerde de Oostenrijks-Hongaarse natuurkundige Ferenc Krausz dat met meer dan de helft tot een puls van 80 attoseconden.

Het onderzoeksteam van Woerner heeft momenteel het Guinness Wereldrecord voor de kortste lichtpuls in handen, met een duur van 43 attoseconden. Woerner schat dat deze tijd met de huidige technologie verder kan worden verkort tot slechts enkele attoseconden.

Deskundigen zeggen dat attosecondetechnologie nog niet wijdverspreid is, maar de toekomst ziet er veelbelovend uit. Tot nu toe hebben wetenschappers attoseconden vooral kunnen gebruiken om elektronen te observeren. Het beheersen van elektronen en het manipuleren van hun beweging is fundamenteel nog onbereikbaar, of begint pas net haalbaar te worden, aldus Woerner. Dit zou elektronische apparaten veel sneller kunnen maken en mogelijk een revolutie in de chemie teweegbrengen.

"We zullen niet langer beperkt zijn tot wat moleculen van nature doen, maar kunnen ze juist aanpassen aan onze behoeften," aldus Woerner. Hij voegde eraan toe dat "atto-chemie" zou kunnen leiden tot efficiëntere zonnecellen, of zelfs tot het gebruik van lichtenergie om schone brandstoffen te produceren.

Thu Thao (volgens AFP )

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