Intervju med nobelprisvinner Anne L'Huillier, oppdager hennes visjon om Attosecond Laser Pulse

Nobelprisen i fysikk 2023 ble tildelt Anne L'Huillier og hennes to kolleger Pierre Agostini og Ferenc Krausz, og nylig tildelte Berthold Leibinger Stiftung kjernefysikeren Berthold Leibinger Future Prize. Leibinger Future Award. I et eksklusivt intervju forteller Anne L'Huillier, som nettopp har blitt tildelt Nobelprisen i fysikk, om forskningen på attosekundlaserpulser.
Spørsmål: Prof. L'Huillier, hvis du var på en grillfest og noen spurte deg hva du driver med, hva ville du si?
L＇Huillier: Normalt vil jeg si at jeg jobber hovedsakelig med laserfysikk og atomfysikk. Teamet vårt kan lyse med veldig, veldig korte pulser av laserlys, noe som gjør det mulig å fotografere noen prosesser som beveger seg veldig raskt, for eksempel de som involverer bevegelse av elektroner. Du kan tenke på det som det blitsen på et vanlig kamera gjør.
Spørsmål: Når du sier "veldig, veldig kort", mener du ......?
L＇Huillier: Bare noen få attosekunder lange laserpulser.
Spørsmål: Kan du kort beskrive et attosekund?
L＇Huillier: Det er faktisk veldig vanskelig å beskrive. Jeg tror det kan være lettere å forstå en analogi: 1 attosekund er til 1 sekund hva 1 sekund er til universets totale alder (14 milliarder år). Men jeg er ikke så sikker på at denne beskrivelsen virkelig hjelper deg å forstå attosekundet.
Spørsmål: Vel, det kan hjelpe litt.
L＇Huillier: Vi vil alltid ha den vanlige følelsen av at et attosekund ikke kan oppfattes i form av tid som folk kan forstå. Heldigvis kan vi imidlertid verifisere det ved hjelp av matematiske og vitenskapelige abstraksjonsteorier så vel som eksperimenter, og fra dette vet vi at 1 attosekundet=10-18 sekunder. Dessuten er et mer interessant spørsmål enn å tenke på lengden på et attosekunde hvorfor vi ønsker en så liten tidsskala.
Spørsmål: Så hvorfor trenger vi pulser av attosekunderlengde?
L＇Huillier: Fordi visse prosesser i naturen er så raske at vi bare kan måle dem ved hjelp av attosekunders lyspulser, hvorav den viktigste er elektronenes bevegelse. Jo raskere blitsen, dvs. jo kortere lyspuls, jo nærmere kan vi observere prosessen. Nå for tiden fokuserer forskergruppen min fortsatt på å fotografere enkle prosesser i og rundt atomer, fordi dette er lettere å få til. Men hvis vi kan gjøre ytterligere fremskritt på dette området, vil vi kunne observere bevegelsen av elektroner i mer komplekse systemer, for eksempel i molekyler. Elektronbevegelse forårsaker kjemiske reaksjoner. En dag vil vi kunne måle disse første bevegelsene.
Q: Og hva så?
L＇Huillier: Måling er det første skrittet mot kontroll. Så på sikt er vårt største mål å kunne kontrollere kjemiske reaksjoner på elektronnivå.
Spørsmål: Kontroller det og bruk det til hva?
L'Huillier: Det er vanskelig for meg å forutsi hvor det vil bli brukt eller hva det vil endre seg i fremtiden, men det er grunnleggende forskning.
Prof. Anne L'Huilliers forskerteam i Lund, Sverige, bruker femtosekundlasere for å generere pulser av høyharmonisk lys. Disse pulsene brukes deretter til å generere attosekunder-laserpulser for å visualisere atomprosesser
Spørsmål: I et eksperiment i 1987 oppdaget du de høye harmoniske som er en forutsetning for å generere attosekundpulser.
L＇Huillier: Ja, det var en herlig tilfeldighet. Det er det beste når du oppdager noe som overrasker deg! Det betyr at noe venter på at du skal fikse det. Det vi egentlig ønsket å gjøre på den tiden var å bombardere edelgasser med en sterk laser og studere fluorescenseffekten. Det viste seg at det sterkeste lyset som ble observert i prosessen ikke var fluorescens, men en høy harmonisk av laserfrekvensen, en oppdagelse som endret min vitenskapelige karriere. Med generering av høye harmoniske var det mulig å generere attosekundpulser. Det er det jeg fortsatt gjør nå.
Spørsmål: Er det mulig å danne seg i det minste et mentalt bilde av høy harmonisk generering?
L＇Huillier: Ja! Jeg har en bedre sammenligning enn attosekundet og universets alder. Hvis du sender en bue gjennom strengene til en fiolin, får du ikke bare rene toner (rene tonefrekvenser), men også andre frekvenser. I musikk kalles disse frekvensene overtoner, og de gir tonefarge; overtoner kalles også harmoniske. En lignende ting skjer når du utsetter en gass for en femtosekund laserpuls under visse forhold, noe som skaper nye laserfrekvenser med kortere bølgelengder. Du kan si at de høyere harmoniske er overtonene til laserfysikk.
Spørsmål: Hva kan en høyharmonisk lyspuls gjøre?
L＇Huillier: Du kan bruke dem til å generere attosekundpulser, men de er også nyttige i seg selv. Vi jobber for tiden med en produsent av litografi- og måleutstyr for halvlederindustrien for å bruke høyharmoniske for å inspisere halvledermikrostrukturer. Dette er et veldig håndgripelig prosjekt for en som meg som driver med grunnleggende forskning. Jeg er overrasket og glad for at arbeidet vårt er nyttig for samfunnet.
Prof. Anne L＇Huillier bidro til å etablere fysikken til attosekundlasere. Dette arbeidet kan snart lyse opp elektronikkens verden.
Spørsmål: Har forskningen din også bidratt til utviklingen av laserteknologi?
L＇Huillier: Visst, vårt arbeid innen attosecond-fysikk har fortsatt å inspirere laserprodusenter til å utvikle nye og bedre ultrakort-pulslasere de siste tiårene. Vi har selvfølgelig også nytte av bedre strålekilder. Jo bedre den initiale laserkilden er, jo bedre jo høyere harmoniske vil være i stand til å produsere attosekundpulser. For oss fører dette til ytterligere teknologiske fremskritt, som ny diagnostikk og målemetoder innen USP-laserteknologi – vi fortsetter med andre ord å inspirere hverandre. Men utover disse hyggelige bivirkningene, er det noe annet i arbeidet mitt som er veldig viktig for meg.
Spørsmål: Hva annet er veldig viktig for deg?
L＇Huillier: Jeg er forsker, men jeg er også lærer. Det betyr at jeg får undervise en gjeng med flinke unge mennesker og se dem vokse og berike opplevelsen deres, noe jeg tror er mitt største bidrag.
Anne L'Huilliers profil
Anne L'Huillier, født i Paris i 1958, er en fransk fysiker og for tiden professor i atomfysikk ved Lunds universitet. Hun var en av nøkkelfigurene i etableringen av forskningsfeltet attosekundfysikk og har mottatt en rekke priser. Tidligere i år mottok hun Berthold Leibinger Future Prize for sine forskningsprestasjoner, og bare noen dager senere ble hun tildelt Nobelprisen i fysikk 2023 sammen med Pierre Agostini og Ferenc Krausz.