عقدت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم، مساء الثلاثاء بتوقيت بكين، مؤتمرا صحفيا للإعلان عن منح جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2023 لجامعة ولاية أوهايو.بيير أغوستيني، معهد ماكس بلانك للبصريات الكمومية وجامعة ميونيخفيرينك كراوسز وجامعة لوند، السويدآن لويلير، ثلاثة علماء، تقديرًا لمساهماتهم في الضوء النبضي بالأتوسيكوند.


(المصدر: الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم)

قبل توزيع الجوائز، توقعت الصناعة عمومًا أن تكون فيزياء الأتوثانية موضوعًا ساخنًا هذا العام. باسم "ريشة الطقس الحائزة على جائزة نوبل"،مُنحت جائزة وولف في الفيزياء العام الماضي أيضًا إلى فيرينك كلاوزيوس، وآن رويلييه، والبروفيسور بول كوركوم من جامعة أوتاوا "لمساهماتهم الرائدة في علوم الليزر فائق السرعة وفيزياء الأتوثانية".

ومن الجدير بالذكر أن رويلر هوالعالمة الخامسة في تاريخ جائزة نوبل في الفيزياء، عندما اتصلت بها اللجنة المنظمة يوم الثلاثاء لإبلاغها بجائزتها، كانت تحاضر في المدرسة وضغطت على المكالمة عدة مرات.

مثل الثانية التي نعرفها، فإن الأتو ثانية هي أيضًا وحدة زمنية، وتُقاس بـ 10⁻¹⁸ ثانية (0.000000000000000001 ثانية)، وهو ما يكفي لإظهار مدى قصر المدى. وقال المسؤولون عن جائزة نوبل،لقد أظهر العلماء الثلاثة طريقة لإنشاء نبضات ضوئية قصيرة للغاية يمكن استخدامها لقياس العمليات السريعة التي تتحرك بها الإلكترونات أو تغير طاقتها. تتحرك الإلكترونات بسرعة كبيرة، وكانت تُعتبر ذات يوم "حركة لا يمكن تعقبها". فيزياء الأتو ثانية تحطم هذه الاستحالة.


(المصدر: معهد الفيزياء، الأكاديمية الصينية للعلوم، الحساب الرسمي لـ "البصريات الصينية" على WeChat)

كل شيء يبدأ ببدأ الأمر في عام 1987، عندما اكتشفت آن رويلييه أنه عندما يمر ضوء الليزر تحت الأحمر عبر غازات نادرة، يتم إنتاج العديد من الدلالات المختلفة للضوء. وهي ناتجة عن تفاعل الليزر مع ذرات الغاز، مما يمنح بعض الإلكترونات طاقة إضافية، والتي تنبعث بعد ذلك على شكل ضوء. ثم واصل رويلييه استكشاف هذه الظاهرة، ووضع الأساس للاكتشافات اللاحقة.

في عام 2001، نجح بيير أغوستيني في توليد ودراسة سلسلة من نبضات الضوء المستمرة،كل نبضة تدوم 250 أتو ثانية فقط. وفي الوقت نفسه، نجح فيرينك كلوسيوس في عزله بنجاح في نوع آخر من التجاربيمكن أن تستمر نبضة ضوئية واحدة لمدة 650 أتوثانية، مما يجعل عرض نبضة الضوء يصل إلى مستويات أتوثانية. كما مكنت جهود هؤلاء العلماء البشر من دراسة مختلف العمليات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية في فترات زمنية قصيرة للغاية، وأظهرت قيمة محتملة في مجالات مثل الطب والتصنيع الصناعي.


(نظرة عامة على الإعداد التجريبي، المصدر: اللجنة المنظمة لجائزة نوبل)

وعلقت إيفا أولسون، رئيسة لجنة اختيار جائزة نوبل للفيزياء: “الآن يمكننا فتح الباب أمام العالم الإلكتروني. تمنحنا فيزياء الأتوثانية الفرصة لفهم الآليات التي يحكمها الإلكترون، وستكون الخطوة التالية هي استغلالها. "

فيزياء الأتو ثانية "التقاط صور لحركة الإلكترون"

عند شرح دور نبضات الضوء الفائقة القصر، فإن المثال المفضل لدى العلماء هو "مصراع الكاميرا". النبضات ذات الأحجام المختلفة هي بالضبط "سرعة الضغط على الغالق". في الثمانينيات، دفع البشر عرض الليزر النبضي إلى عالم الفيمتو ثانية، مما سمح لهم بفتحمراقبة الحركة الجزيئية والذرية، بينما يسمح ليزر الأتو ثانية للبشر بمراقبتهاحركة الإلكترونات في الجزيئات والذرات.

وأوضح بوب روزنر، رئيس الجمعية الفيزيائية الأمريكية والأستاذ بجامعة شيكاغو،تمامًا مثل بناء المنزل، يمكننا ملاحظة التشييد التدريجي للأساس والجدران والسقف، كما أن تجميع الجزيئات له هذا الترتيب أيضًا. يسمح لنا ليزر الأتو ثانية بمراقبة عملية التجميع الجزيئي.

في مجالات التطبيق العملي، يتمتع ليزر الأتو ثانية أيضًا بقيمة تطبيقية متميزة في العديد من المجالات. على سبيل المثال، يمكنهم إظهار دقة أعلى في التصوير الطبي، ومن المتوقع أيضًا أن تؤدي "جراحة الفيمتو ثانية (تصحيح الرؤية)" التي يعرفها المستثمرون جيدًا إلى زيادة تحسين دقة القطع. كما أن لديها إمكانات كبيرة في مجالات المواد البصرية وأشباه الموصلات وما إلى ذلك. وبما أن فيزياء الأتوثانية تدرس حركة الإلكترونات، فيمكن القول أن كل شيء في العالم يمكن أن ينتقل إلى مستوى أعلى بمساعدة هذه التكنولوجيا.


(آفاق تطبيق ليزر الأتو ثانية في بعض المجالات)

جائزة الفيزياء هي أيضًا ثاني جائزة نوبل لهذا العام.ومن المقرر أن يتم تسليم جائزة نوبل في الكيمياء لهذا العام في نفس الوقت غدًا.