Attosecond เร็วแค่ไหน?

รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2023 มอบให้แก่ นักวิทยาศาสตร์ 3 คนสำหรับผลงานเกี่ยวกับแอตโตวินาที ซึ่งอาจนำไปสู่ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านอิเล็กทรอนิกส์และเคมี

นักวิทยาศาสตร์สามคน ปิแอร์ อากอสตินี, เฟเรนซ์ เคราซ์ และแอนน์ ลูอิลิเยร์ ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2023 ภาพ: CNN — นักวิทยาศาสตร์สามคน ปิแอร์ อากอสตินี, เฟเรนซ์ เคราซ์ และแอนน์ ลูอิลิเยร์ ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2023 ภาพ: *CNN*

ราชบัณฑิตยสถานวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดนประกาศว่า นักวิทยาศาสตร์ Pierre Agostini (อายุ 55 ปี), Ferenc Krausz (อายุ 61 ปี) และ Anne L'Huillier (อายุ 65 ปี) เป็นผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2023 จากวิธีการทดลองสร้างพัลส์แสงในระยะทางเท่าๆ กันเพื่อศึกษาพลวัตของอิเล็กตรอนในสสาร เมื่อเวลา 16.45 น. ของวันที่ 3 ตุลาคม (ตามเวลา ฮานอย )

งานวิจัยของพวกเขาเกี่ยวกับเลเซอร์ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์มีเครื่องมือในการสังเกตและควบคุมอิเล็กตรอน ซึ่งอาจนำไปสู่ความก้าวหน้าในสาขาต่างๆ เช่น อิเล็กทรอนิกส์และเคมี

หนึ่งอัตโตวินาทีมีค่าเท่ากับหนึ่งในพันล้านของหนึ่งพันล้านของวินาที กล่าวโดยสรุปคือ หนึ่งวินาทีมีจำนวนอัตโตวินาทีเท่ากับจำนวนวินาทีในประวัติศาสตร์จักรวาล 13.8 พันล้านปี ฮันส์ จาคอบ เวอร์เนอร์ นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธรัฐสวิส (ETH Zurich) ระบุว่า อัตโตวินาทีคือช่วงเวลาที่สั้นที่สุดที่มนุษย์สามารถวัดได้โดยตรง

ความสามารถในการดำเนินงานภายในกรอบเวลานี้มีความสำคัญ เนื่องจากเป็นความเร็วที่อิเล็กตรอน ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของอะตอม ทำงานได้ ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอนใช้เวลา 150 อัตโตวินาทีในการเดินทางรอบนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน

นั่นหมายความว่าการศึกษาเรื่องความเร็วระดับอัตโตวินาทีทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเข้าถึงกระบวนการพื้นฐานที่ก่อนหน้านี้ไม่สามารถเข้าถึงได้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทุกชิ้นได้รับผลกระทบจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน และความเร็วจำกัดในปัจจุบันอยู่ที่ระดับนาโนวินาที ตามที่เวอร์เนอร์กล่าว หากไมโครโปรเซสเซอร์ถูกแปลงเป็นความเร็วระดับอัตโตวินาที การประมวลผลข้อมูลจะเร็วขึ้นเป็นพันล้านเท่า

อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนที่โคจรรอบอิเล็กตรอน ภาพ: Rost-9D/Getty — อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน ล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอน ภาพ: *Rost-9D/Getty*

แอนน์ ลูอิลิเยร์ นักฟิสิกส์ชาวสวีเดนเชื้อสายฝรั่งเศส เป็นคนแรกที่พัฒนาเครื่องมือเพื่อเปิดโลก แอตโตเซคันด์ เครื่องมือนี้ใช้เลเซอร์กำลังสูงเพื่อสร้างพัลส์แสงในช่วงเวลาสั้นๆ อย่างมาก

ฟรองก์ เลอปิน นักวิจัยจากสถาบันแสงและสสารแห่งฝรั่งเศส ซึ่งทำงานร่วมกับลูอิลิเยร์ อธิบายว่าอุปกรณ์นี้เป็นเหมือนฟิล์มที่สร้างขึ้นสำหรับอิเล็กตรอน เขาเปรียบเทียบมันกับผลงานของสองพี่น้องผู้บุกเบิกภาพยนตร์ชาวฝรั่งเศส คือ ออกุสต์ และหลุยส์ ลูมิแยร์ ซึ่งสร้างฉากต่างๆ ขึ้นมาโดยการถ่ายภาพต่อเนื่อง จอห์น ทิช ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์เลเซอร์ที่อิมพีเรียลคอลเลจลอนดอน กล่าวว่าอุปกรณ์นี้เปรียบเสมือนอุปกรณ์ที่ใช้พัลส์แสงความเร็วสูงมากยิงไปที่วัสดุต่างๆ และรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับพฤติกรรมของวัสดุเหล่านั้นในช่วงเวลานั้น

ผู้ชนะทั้งสามคนของรางวัลเมื่อวานนี้เคยครองสถิติโลกสำหรับพัลส์แสงที่สั้นที่สุดมาก่อน ในปี 2001 ทีมของปิแอร์ อากอสตินี นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ได้สร้างพัลส์แสงที่มีระยะเวลาเพียง 250 อัตโตวินาที ทีมของลูอิลิเยร์ทำลายสถิติดังกล่าวด้วยพัลส์แสง 170 อัตโตวินาทีในปี 2003 ในปี 2008 เฟเรนซ์ เคราซ์ นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย-ฮังการี ทำลายสถิตินี้ลงไปได้มากกว่าครึ่งหนึ่งด้วยพัลส์แสง 80 อัตโตวินาที

ปัจจุบันทีมของเวอร์เนอร์ครองสถิติโลกกินเนสส์สำหรับพัลส์แสงที่สั้นที่สุดที่ 43 อัตโตวินาที เวอร์เนอร์ประเมินว่าระยะเวลาดังกล่าวอาจลดลงเหลือเพียงไม่กี่อัตโตวินาทีด้วยเทคโนโลยีปัจจุบัน

เทคโนโลยีแอตโตวินาทียังไม่เป็นกระแสหลัก แต่ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าอนาคตดูสดใส จนถึงปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่สามารถใช้แอตโตวินาทีเพื่อสังเกตอิเล็กตรอนได้ เวอร์เนอร์กล่าวว่าการควบคุมและการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนยังไม่สามารถทำได้ หรือเพิ่งจะเริ่มทำได้ ซึ่งอาจช่วยให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทำงานเร็วขึ้นมาก และจุดประกายการปฏิวัติในวงการเคมี

“เราจะไม่ถูกจำกัดด้วยสิ่งที่โมเลกุลทำตามธรรมชาติ แต่เราสามารถปรับเปลี่ยนให้เหมาะกับความต้องการของเราได้” เวอร์เนอร์กล่าว “เคมีแบบอัตโต” เขากล่าวเสริมว่า อาจนำไปสู่เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น หรืออาจถึงขั้นใช้พลังงานแสงเพื่อผลิตเชื้อเพลิงสะอาดก็ได้

ทู เทา (ตามรายงานของ เอเอฟพี )

ลิงค์ที่มา