In un annunziu mumentu a sera di u 3 d'ottobre di u 2023, hè statu svelatu u Premiu Nobel di Fisica per l'annu 2023, ricunnoscendu i cuntributi eccezziunali di trè scientifichi chì anu ghjucatu roli chjave cum'è pionieri in u duminiu di a tecnulugia laser à attosecondi.

U termine "laser à attosecondi" deriva u so nome da a scala di tempu incredibilmente breve nantu à a quale opera, specificamente in l'ordine di l'attosecondi, chì currisponde à 10^-18 secondi. Per capisce u significatu prufondu di sta tecnulugia, una cumprensione fundamentale di ciò chì significa un attosecondi hè di primura. Un attosecondi hè una unità di tempu estremamente minuta, chì custituisce un miliardesimu di miliardisimu di secondu in u cuntestu più largu di un solu secondu. Per mette questu in perspettiva, se paragunessimu un secondu à una muntagna imponente, un attosecondi seria simile à un solu granu di sabbia annidatu à a basa di a muntagna. In questu intervallu temporale fugace, ancu a luce pò appena attraversà una distanza equivalente à a dimensione di un atomu individuale. Attraversu l'usu di laser à attosecondi, i scientifichi acquistanu a capacità senza precedenti di scrutà è manipulà a dinamica intricata di l'elettroni in e strutture atomiche, simile à una riproduzione à rallentatore quadru per quadru in una sequenza cinematografica, approfondendu cusì a so interazione.

Laser à attosecondirapprisentanu u culmine di una ricerca approfondita è di sforzi cuncertati da parte di i scientifichi, chì anu sfruttatu i principii di l'ottica non lineare per creà laser ultraveloci. U so avventu ci hà furnitu un puntu di vista innovativu per l'osservazione è l'esplorazione di i prucessi dinamichi chì si verificanu in l'atomi, e molecule è ancu l'elettroni in i materiali solidi.

Per elucidà a natura di i laser à attosecondi è apprezzà i so attributi non convenzionali in paragone à i laser cunvinziunali, hè imperativu esplorà a so categurizazione in a più larga "famiglia di laser". A classificazione per lunghezza d'onda colloca i laser à attosecondi principalmente in a gamma di frequenze da l'ultraviolettu à i raggi X morbidi, ciò chì significa e so lunghezze d'onda notevolmente più corte in cuntrastu cù i laser cunvinziunali. In termini di modi di output, i laser à attosecondi rientranu in a categuria di i laser pulsati, carattarizati da e so durate d'impulsu estremamente brevi. Per fà una analogia per chiarezza, si ponu imaginà i laser à onda cuntinua cum'è una torcia chì emette un fasciu di luce cuntinuu, mentre chì i laser pulsati s'assumiglianu à una luce stroboscopica, chì alterna rapidamente trà periodi d'illuminazione è bughjura. In sostanza, i laser à attosecondi mostranu un cumpurtamentu pulsante in l'illuminazione è a bughjura, eppuru a so transizione trà i dui stati avviene à una frequenza stupente, righjunghjendu u regnu di l'attosecondi.

Una categurizazione più approfondita per putenza colloca i laser in gruppi di bassa putenza, media putenza è alta putenza. I laser à attosecondi ottenenu una putenza di piccu elevata per via di e so durate d'impulsu estremamente corte, chì risultanu in una putenza di piccu pronunciata (P) - definita cum'è l'intensità di l'energia per unità di tempu (P = W / t). Ancu s'è l'impulsi laser à attosecondi individuali ùn ponu micca pussede una energia eccezziunalmente grande (W), a so estensione temporale abbreviata (t) li conferisce una putenza di piccu elevata.

In termini di duminii d'applicazione, i laser abbraccianu un spettru chì abbraccia applicazioni industriali, mediche è scientifiche. I laser à attosecondi trovanu principalmente a so nicchia in u duminiu di a ricerca scientifica, in particulare in l'esplorazione di fenomeni in rapida evoluzione in i duminii di a fisica è di a chimica, offrendu una finestra nantu à i rapidi prucessi dinamichi di u mondu microcosmicu.

A categurizazione per mezu laser delinea i laser cum'è laser à gas, laser à statu solidu, laser liquidi è laser à semiconduttori. A generazione di laser à attosecondi si basa tipicamente nantu à mezi laser à gas, sfruttendu effetti ottici non lineari per generà armoniche d'ordine superiore.

In riassuntu, i laser à attosecondi custituiscenu una classa unica di laser à impulsi corti, chì si distinguenu per e so durate d'impulsi straordinariamente brevi, tipicamente misurate in attosecondi. Di cunsiguenza, sò diventati strumenti indispensabili per osservà è cuntrullà i prucessi dinamichi ultraveloci di l'elettroni in l'atomi, e molecule è i materiali solidi.

U prucessu elaboratu di generazione di laser à attosecondi

A tecnulugia laser à attosecondi hè à l'avanguardia di l'innuvazione scientifica, vantendu un inseme intrigantemente rigorosu di cundizioni per a so generazione. Per elucidà e cumplessità di a generazione di laser à attosecondi, cuminciamu cù una esposizione concisa di i so principii sottustanti, seguita da metafore vivide derivate da esperienze di ogni ghjornu. I lettori chì ùn cunnoscenu micca e cumplessità di a fisica pertinente ùn anu micca bisognu di disperà, postu chì e metafore chì ne derivanu anu u scopu di rende accessibile a fisica fundamentale di i laser à attosecondi.

U prucessu di generazione di laser à attosecondi si basa principalmente nantu à a tecnica cunnisciuta cum'è Generazione Armonica Alta (HHG). Prima, un fasciu d'impulsi laser à femtosecondi d'alta intensità (10^-15 secondi) hè strettamente focalizatu nantu à un materiale bersagliu gassosu. Vale a pena nutà chì i laser à femtosecondi, simili à i laser à attosecondi, spartenu e caratteristiche di pussede durate d'impulsi brevi è alta putenza di piccu. Sottu l'influenza di u campu laser intensu, l'elettroni in l'atomi di gas sò momentaneamente liberati da i so nuclei atomichi, entrendu transitoriamente in un statu di elettroni liberi. Mentre questi elettroni oscillanu in risposta à u campu laser, eventualmente tornanu è si ricombinanu cù i so nuclei atomichi parenti, creendu novi stati d'alta energia.

Durante stu prucessu, l'elettroni si movenu à velocità estremamente elevate, è dopu a ricombinazione cù i nuclei atomichi, liberanu energia supplementaria in forma d'emissioni armoniche elevate, chì si manifestanu cum'è fotoni d'alta energia.

E frequenze di sti fotoni d'alta energia appena generati sò multipli interi di a frequenza laser originale, furmendu ciò chì si chjama armoniche d'ordine superiore, induve "armoniche" denota frequenze chì sò multipli integrali di a frequenza originale. Per ottene laser à attosecondi, diventa necessariu filtrà è focalizà queste armoniche d'ordine superiore, selezziunendu armoniche specifiche è cuncentrandole in un puntu focale. Se vulete, e tecniche di cumpressione di l'impulsi ponu accorcià ulteriormente a durata di l'impulsu, producendu impulsi ultracorti in a gamma di l'attosecondi. Evidentemente, a generazione di laser à attosecondi custituisce un prucessu sofisticatu è multiforme, chì richiede un altu gradu di abilità tecnica è apparecchiature specializate.

Per demistificà stu prucessu intricatu, offremu un parallelu metaforicu basatu annantu à scenarii di ogni ghjornu:

Impulsi laser à femtosecondi d'alta intensità:

Imaginete chì pussede una catapulta eccezziunalmente putente capace di lancià istantaneamente pietre à velocità colossali, simile à u rolu ghjucatu da impulsi laser à femtosecondi d'alta intensità.

Materiale di destinazione gassoso:

Imaginete un corpu d'acqua tranquillu chì simbulizeghja u materiale gassosu di destinazione, induve ogni goccia d'acqua rapprisenta una miriade d'atomi di gas. L'attu di propulsà e petre in questu corpu d'acqua riflette analogamente l'impattu di impulsi laser à femtosecondi d'alta intensità nantu à u materiale gassosu di destinazione.

Muvimentu Elettronicu è Ricombinazione (Transizione Fisica):

Quandu l'impulsi laser à femtosecondi impactanu l'atomi di gasu in u materiale bersagliu gassosu, un numeru significativu di elettroni esterni sò momentaneamente eccitati à un statu induve si staccanu da i so rispettivi nuclei atomichi, furmendu un statu simile à u plasma. Mentre l'energia di u sistema diminuisce successivamente (postu chì l'impulsi laser sò intrinsecamente pulsati, cù intervalli di cessazione), questi elettroni esterni tornanu in a so vicinanza à i nuclei atomichi, liberendu fotoni d'alta energia.

Generazione d'Alta Armonica:

Imagine ogni volta chì una goccia d'acqua casca nantu à a superficia di u lavu, crea increspature, assai cum'è l'armoniche elevate in i laser à attosecondi. Queste increspature anu frequenze è ampiezze più alte di l'increspature originali causate da l'impulsu laser à femtosecondi primariu. Durante u prucessu HHG, un putente raghju laser, simile à u lanciu continuu di petre, illumina un bersagliu di gas, chì s'assumiglia à a superficia di u lavu. Stu campu laser intensu spinge l'elettroni in u gas, analoghi à l'increspature, luntanu da i so atomi parenti è poi li tira indietro. Ogni volta chì un elettrone torna à l'atomu, emette un novu raghju laser cù una frequenza più alta, simile à mudelli d'increspature più intricati.

Filtrazione è Focalizazione:

A cumbinazione di tutti questi fasci laser appena generati produce un spettru di vari culori (frequenze o lunghezze d'onda), alcuni di i quali custituiscenu u laser à attosecondi. Per isolà dimensioni è frequenze specifiche di increspature, pudete aduprà un filtru specializatu, simile à a selezzione di l'increspature desiderate, è aduprà una lente d'ingrandimentu per fucalizzarle nantu à una zona specifica.

Cumpressione di u pulsu (se necessariu):

Sè vo circate di propagà l'increspature più rapidamente è più corte, pudete accelerà a so propagazione aduprendu un dispositivu specializatu, riducendu u tempu chì dura ogni increspatura. A generazione di laser à attosecondi implica una cumplessa interazione di prucessi. Tuttavia, quandu hè suddivisa è visualizata, diventa più comprensibile.