I bhfógra suntasach tráthnóna an 3 Deireadh Fómhair 2023, nochtadh Duais Nobel na Fisice don bhliain 2023, ag aitheantas na ranníocaíochtaí suntasacha ó thriúr eolaithe a bhí i mbun rólanna lárnacha mar cheannródaithe i réimse na teicneolaíochta léasair attoseicind.

Tagann ainm an téarma "léasar attoseicind" ón amchlár thar a bheith gearr a oibríonn sé air, go sonrach in ord attoseicindí, a fhreagraíonn do 10^-18 soicind. Chun tuiscint dhomhain a fháil ar thábhacht dhomhain na teicneolaíochta seo, tá tuiscint bhunúsach ar a bhfuil i gceist le attoseicind ríthábhachtach. Seasann attoseicind mar aonad ama thar a bheith nóiméad, arb ionann é agus billiúnú cuid de bhilliúnú cuid de shoicind laistigh de chomhthéacs níos leithne soicind aonair. Chun seo a chur i bpeirspictíocht, dá ndéanfaimis comparáid idir soicind agus sliabh ard, bheadh ​​attoseicind cosúil le grán gainimh aonair atá suite ag bun an tsléibhe. Sa tréimhse ama ghearr seo, is ar éigean is féidir le solas fiú achar atá coibhéiseach le méid adaimh aonair a thaisteal. Trí úsáid a bhaint as léasair attoseicind, faigheann eolaithe an cumas gan fasach dinimic chasta na leictreon laistigh de struchtúir adamhacha a scrúdú agus a ionramháil, cosúil le hathsheinm mallghluaiseachta fráma ar fhráma i seicheamh cineamatach, agus ar an gcaoi sin iniúchadh a dhéanamh ar a n-idirghníomhaíocht.

Léasair attosecondIs ionann iad agus buaicphointe taighde fairsing agus iarrachtaí comhbheartaithe eolaithe, a bhain leas as prionsabail na n-optaic neamhlíneach chun léasair thar a bheith gasta a chruthú. Thug a dteacht chun cinn pointe dearcadh nuálach dúinn chun na próisis dhinimiciúla atá ag tarlú laistigh d’adaimh, de mhóilíní, agus fiú d’leictreoin in ábhair sholadacha a bhreathnú agus a iniúchadh.

Chun nádúr léasair attoseicind a shoiléiriú agus a dtréithe neamhghnácha a thuiscint i gcomparáid le léasair thraidisiúnta, tá sé ríthábhachtach a gcatagóiriú laistigh den "teaghlach léasair" níos leithne a iniúchadh. Cuireann aicmiú de réir tonnfhaid léasair attoseicind den chuid is mó laistigh den raon minicíochtaí ultraivialait go X-gha bog, rud a léiríonn a dtonnfhaid i bhfad níos giorra i gcodarsnacht le léasair thraidisiúnta. Maidir le modhanna aschuir, titeann léasair attoseicind faoin gcatagóir léasair cuislithe, arb iad is sainairíonna a réabhlóidí cuisle thar a bheith gearr. Chun analaí a tharraingt ar mhaithe le soiléireacht, is féidir léasair tonn leanúnach a shamhlú mar rud atá cosúil le tóirse ag astaíocht bhíoma solais leanúnach, agus cosúil le solas stróbach atá léasair cuislithe, ag malartú go tapa idir tréimhsí soilsithe agus dorchadais. Go bunúsach, taispeánann léasair attoseicind iompar cuislithe laistigh den soilsiú agus den dorchadas, ach tarlaíonn a n-aistriú idir an dá stát ag minicíocht iontach, ag sroicheadh ​​​​réimse na n-atoseicindí.

Trí chatagóiriú breise de réir cumhachta, cuirtear léasair i lúibíní ísealchumhachta, meánchumhachta, agus ardchumhachta. Baintear amach buaicchumhacht ard ag léasair attoseicind mar gheall ar a ré cuisle thar a bheith gearr, rud a fhágann go mbíonn buaicchumhacht shuntasach (P) ann – a shainmhínítear mar dhéine an fhuinnimh in aghaidh an aonaid ama (P=W/t). Cé nach mbíonn fuinneamh thar a bheith mór (W) ag bíoga léasair attoseicind aonair, tugann a ré ama giorraithe (t) buaicchumhacht ardaithe dóibh.

I dtéarmaí réimsí feidhmchláir, clúdaíonn léasair speictream a chuimsíonn feidhmeanna tionsclaíocha, leighis agus eolaíocha. Faigheann léasair attosecond a nideoige den chuid is mó i réimse na taighde eolaíochta, go háirithe i iniúchadh feiniméin atá ag athrú go mear laistigh de réimsí na fisice agus na ceimice, ag tabhairt léargas ar phróisis dhinimiciúla gasta an domhain mhicreacosmach.

Déantar léasair a chatagóiriú de réir meán léasair mar léasair gháis, léasair stáit sholadaigh, léasair leachtacha, agus léasair leathsheoltóra. De ghnáth, braitheann giniúint léasair attoshoicind ar mheáin léasair gháis, ag baint leasa as éifeachtaí optúla neamhlíneacha chun armónaigh ard-ord a ghiniúint.

Mar achoimre, is rang uathúil léasair ghearr-bhuilge iad léasair attoshoicind, ar a bhfuil idirdhealú mar gheall ar a réanna bhuilge thar a bheith gearr, a thomhaistear de ghnáth in attoshoicindí. Mar thoradh air sin, tá siad anois ina n-uirlisí fíor-riachtanacha chun próisis dhinimiciúla thar a bheith gasta leictreon laistigh d’adaimh, móilíní agus ábhair sholadacha a bhreathnú agus a rialú.

An Próiseas Mionsonraithe maidir le Giniúint Léasair Attoseicind

Tá teicneolaíocht léasair attoseicind i gceannas ar an nuálaíocht eolaíoch, agus tá sraith coinníollacha thar a bheith dian ann dá giniúint. Chun castachtaí giniúna léasair attoseicind a shoiléiriú, tosaímid le cur síos gonta ar a phrionsabail bhunúsacha, agus ina dhiaidh sin meafar beoga a dhíorthaítear ó thaithí laethúil. Ní gá do léitheoirí nach bhfuil eolach ar chastachtaí na fisice ábhartha éadóchas a chur orthu féin, toisc go bhfuil sé mar aidhm ag na meafar ina dhiaidh sin fisic bhunúsach léasair attoseicind a dhéanamh inrochtana.

Braitheann próiseas giniúna léasair attoseicind go príomha ar an teicníc ar a dtugtar Giniúint Ard-Armónach (HHG). Ar dtús, dírítear bhíoma de bhuillí léasair femtosoicind ard-déine (10^-15 soicind) go docht ar ábhar sprice gásach. Is fiú a thabhairt faoi deara go bhfuil tréithe comhroinnte ag léasair femtosoicind, cosúil le léasair attoseicind, go bhfuil fad gearr bhuillí agus cumhacht bhuaic ard acu. Faoi thionchar an réimse léasair dhian, scaoiltear leictreoin laistigh de na hadaimh gháis óna núicléis adamhacha ar feadh tamaill, ag dul isteach i staid leictreon saor go sealadach. De réir mar a luainíonn na leictreoin seo mar fhreagairt ar an réimse léasair, filleann siad ar a núicléis adamhacha tuismitheora agus athcheanglaíonn siad leo, ag cruthú stáit nua ardfhuinnimh.

Le linn an phróisis seo, bogann leictreoin ag luasanna thar a bheith ard, agus nuair a athchuingríonn siad leis na núicléis adamhacha, scaoileann siad fuinneamh breise i bhfoirm astaíochtaí armónacha arda, rud a léirítear mar fhótóin ardfhuinnimh.

Is ilchodanna slánuimhreacha den mhinicíocht léasair bhunaidh iad minicíochtaí na bhfótón ardfhuinnimh nua-ghinte seo, rud a chruthaíonn an rud ar a dtugtar armónaigh ard-ord, áit a léiríonn "armónaigh" minicíochtaí ar ilchodanna slánuimhreacha iad den mhinicíocht bhunaidh. Chun léasair attoseicind a bhaint amach, is gá na harmónaigh ard-ord seo a scagadh agus a dhíriú, armónaigh shonracha a roghnú agus iad a dhíriú i bpointe fócasach. Más mian leat, is féidir le teicnící comhbhrúite cuisle fad na cuisle a ghiorrú tuilleadh, rud a thugann cuisle thar a bheith gearr sa raon attoseicind. Is léir gur próiseas sofaisticiúil agus ilghnéitheach é giniúint léasair attoseicind, a éilíonn ardleibhéal scileanna teicniúla agus trealamh speisialaithe.

Chun an próiseas casta seo a mhíniú go hiomlán, cuirimid comhthreomhar meafarach ar fáil atá bunaithe ar chásanna laethúla:

Pulsáin Léasair Feimtosoicind Ard-Déine:

Samhlaigh catapult thar a bheith cumhachtach a bheith aige atá in ann clocha a chaitheamh láithreach ag luasanna ollmhóra, cosúil leis an ról a imríonn bíoga léasair femtosoicind ard-déine.

Ábhar Sprioc Gásach:

Samhlaigh corp uisce ciúin a shamhlaíonn an t-ábhar sprice gásach, áit a seasann gach braon uisce do líon mór adaimh gháis. Léiríonn gníomh na gcloch a thiomáintear isteach sa chorp uisce seo tionchar bíoga léasair femtosoicind ard-déine ar an ábhar sprice gásach.

Gluaiseacht agus Athchuingriú Leictreon (Téarmaí Fisiciúla Trasdul):

Nuair a bhuaileann bíoga léasair femtosoicind na hadaimh gháis laistigh den ábhar sprice gásach, spreagtar líon suntasach leictreon seachtracha ar feadh tamaill go staid ina scarann ​​siad óna núicléis adamhacha faoi seach, ag cruthú staid cosúil le plasma. De réir mar a laghdaíonn fuinneamh an chórais ina dhiaidh sin (ós rud é go bhfuil na bíoga léasair bíogach ó dhúchas, le eatraimh scoir), filleann na leictreoin sheachtracha seo ar a gcomharsanacht leis na núicléis adamhacha, ag scaoileadh fótóin ardfhuinnimh.

Giniúint Ard-Armónach:

Samhlaigh gach uair a thiteann braon uisce ar ais go dromchla an locha, cruthaíonn sé tonnta, cosúil le harmónaigh arda i léasair attoseicind. Tá minicíochtaí agus aimplitiúidí níos airde ag na tonnta seo ná na tonnta bunaidh de bharr an phríomh-bhíog léasair femtosoicind. Le linn an phróisis HHG, soilsíonn bhíoma léasair cumhachtach, cosúil le clocha a chaitheamh i gcónaí, sprioc gáis, atá cosúil le dromchla an locha. Tiomáineann an réimse léasair dian seo leictreoin sa ghás, cosúil le tonnta, ar shiúl óna n-adamh tuismitheora agus ansin tarraingíonn sé ar ais iad. Gach uair a fhilleann leictreon ar an adamh, astaíonn sé bhíoma léasair nua le minicíocht níos airde, cosúil le patrúin tonnta níos casta.

Scagadh agus Díriú:

Trí na léasair nua-ghinte seo go léir a chomhcheangal, faightear speictream de dathanna éagsúla (minicíochtaí nó tonnfhaid), agus cuid acu sin ina léasar attoseicind. Chun méideanna agus minicíochtaí sonracha tonnta a leithlisiú, is féidir leat scagaire speisialaithe a úsáid, cosúil le tonnta atá ag teastáil a roghnú, agus gloine formhéadúcháin a úsáid chun iad a dhíriú ar limistéar ar leith.

Comhbhrú Pulse (más gá):

Más mian leat tonnta a scaipeadh níos tapúla agus níos giorra, is féidir leat a n-iomadú a bhrostú trí úsáid a bhaint as gléas speisialaithe, rud a laghdaíonn an t-am a mhaireann gach tonn. Bíonn idirghníomhaíocht chasta próiseas i gceist le léasair attoshoicind a ghiniúint. Mar sin féin, nuair a dhéantar miondealú air agus nuair a dhéantar léirshamhlú air, bíonn sé níos intuigthe.