In un annunziu impurtante in a sera di u 3 d'ottobre 2023, u Premiu Nobel in Fisica per l'annu 2023 hè statu svelatu, ricunnoscendu i cuntributi eccezziunali di trè scientisti chì anu ghjucatu un rolu cruciale cum'è pionieri in u regnu di a tecnulugia laser attosecondu.

U terminu "laser attosecondi" deriva u so nome da a scala di tempu incredibilmente brevi chì opera, in particulare in l'ordine di attosecondi, chì currisponde à 10^-18 seconde. Per capisce u significatu prufondu di sta tecnulugia, una cumpressione fundamentale di ciò chì significa un attosecondu hè di primura. Un attosecondu si trova cum'è una unità di tempu eccessivamente minuta, custituendu un bilionisimu di un bilionisimu di un secondu in u cuntestu più largu di una sola seconda. Per mette in prospettiva, s'è no avemu da paragunà una seconda à una muntagna towering, un attosecondu s'assumiglia à un unicu granu di sabbia nidificatu à a basa di a muntagna. In questu intervallu tempurale fugace, ancu a luce pò à pena traversà una distanza equivalente à a dimensione di un atomu individuale. Attraversu l'utilizazione di laser attosecondi, i scientisti ottennu a capacità senza precedente di scrutinà è manipulà a dinamica intricata di l'elettroni in strutture atomiche, simile à una ripetizione in slow motion frame-by-frame in una sequenza cinematografica, sfondendu cusì in a so interazione.

Laser attosecondirapprisentanu a culminazione di una ricerca estensiva è di sforzi cuncertati da i scientisti, chì anu sfruttatu i principii di l'ottica non lineare per fà laser ultrarapidi. U so avventu ci hà furnitu un puntu di vista innovativu per l'osservazione è l'esplorazione di i prucessi dinamichi chì si sviluppanu in atomi, molécule è ancu elettroni in materiali solidi.

Per elucidare a natura di i laser attosecondi è apprezzà i so attributi micca cunvinziunali in paragone à i lasers cunvinziunali, hè imperativu di scopra a so categurizazione in a "famiglia laser" più larga. A classificazione per lunghezze d'onda pone i laser attosecondi principarmenti in a gamma di frequenze ultraviolette à frequenze di raghji X morbidi, significhendu e so lunghezze d'onda notevolmente più brevi in ​​cuntrastu à i laser convenzionali. In quantu à i modi di output, i laser attosecondi cadenu in a categuria di laser pulsati, carattarizati da a so durazione di impulsi estremamente brevi. Per fà una analogia per a chiarità, si pò cunsiderà laser à onda cuntinuu cum'è una lampadina chì emette un fasciu cuntinuu di luce, mentre chì i laser pulsati s'assumiglia à una luce stroboscopica, chì alterna rapidamente i periodi di illuminazione è bughjura. In essenza, i laser à attosecondi mostranu un cumpurtamentu pulsanti in l'illuminazione è a bughjura, ma a so transizione trà i dui stati transpira à una frequenza stupente, righjunghjendu u regnu di attosecondi.

Ulteriore categurizazione per putenza mette i laser in parentesi di bassa putenza, media potenza è alta putenza. I laser attosecondi ghjunghjenu una putenza di punta alta per via di e so durazioni di impulsu estremamente brevi, chì risultanu in una putenza di punta pronunciata (P) - definita cum'è l'intensità di energia per unità di tempu (P = W / t). Ancu s'è l'impulsi laser attosecondi individuali ùn ponu micca pussede una energia eccezziunale (W), a so estensione temporale abbreviata (t) li dà una putenza di punta elevata.

In quantu à i duminii di applicazione, i laser spannu un spettru chì include applicazioni industriali, mediche è scientifiche. I laser attosecondi trovanu principarmenti u so nichulu in u regnu di a ricerca scientifica, in particulare in l'esplorazione di fenomeni in rapida evoluzione in i duminii di a fisica è a chimica, chì offre una finestra in i prucessi dinamichi veloci di u mondu microcosmicu.

A categurizazione per mediu laser delineate i laser cum'è laser à gas, laser à stati solidi, laser liquidi è laser semiconductor. A generazione di laser attosecondi tipicamente si basa nantu à i media laser di gas, capitalizendu effetti ottichi non lineari per generà armoniche d'altu ordine.

In riassuntu, i laser attosecondi custituiscenu una classe unica di laser à impulsi brevi, distinti da a so durata di impulsu straordinariamente brevi, tipicamente misurata in attosecondi. In u risultatu, sò diventati strumenti indispensabili per osservà è cuntrullà i prucessi dinamichi ultrarapidi di l'elettroni in atomi, molécule è materiali solidi.

U Prucessu Elaboratu di Attosecond Laser Generation

A tecnulugia laser Attosecond si trova in prima linea di l'innuvazione scientifica, vantandu un inseme di cundizioni intriganti rigurosu per a so generazione. Per elucidare l'intricacies di a generazione di laser attosecondi, avemu principiatu cù una esposizione concisa di i so principii sottostanti, seguita da metafore vividi derivate da l'esperienze di ogni ghjornu. I lettori chì ùn sò micca cunvertiti in l'intricacies di a fisica pertinente ùn anu micca bisognu di disperazione, postu chì e metafore chì seguitanu anu scopu di rende accessibile a fisica fundamentale di i laser attosecondi.

U prucessu di generazione di laser attosecondi principarmenti si basa nantu à a tecnica cunnisciuta cum'è High Harmonic Generation (HHG). Prima, un fasciu di impulsi laser femtosecondi d'alta intensità (10^-15 seconde) hè strettamente focalizatu nantu à un materiale di destinazione gassosa. Hè da nutà chì i laser femtosecondi, simili à i laser attosecondi, sparte e caratteristiche di pussede una durazione di impulsi brevi è una putenza di punta alta. Sutta l'influenza di u campu di 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. Siccomu sti elettroni oscillate in risposta à u campu di laser, eventualmente tornanu è recombine cù i so nuclei atomichi parenti, creendu novi stati d'alta energia.

Duranti stu prucessu, l'elettroni si movenu à velocità estremamente elevate, è nantu à a recombinazione cù i nuclei atomichi, liberanu energia addiziale in forma di emissioni armoniche elevate, manifestendu cum'è fotoni d'alta energia.

E frequenze di questi fotoni d'alta energia di novu generati sò multipli integer di a frequenza laser originale, formanu ciò chì hè chjamatu armoniche d'ordine altu, induve "armoniche" denota frequenze chì sò multipli integrali di a frequenza originale. Per ottene i laser attosecondi, hè necessariu di filtrà è fucalizza questi armonichi d'altu ordine, selezziunate armonichi specifichi è cuncentrali in un puntu focu. Se vulete, i tecnichi di compressione di impulsi ponu abbrevià ancu a durata di u pulsu, rendendu impulsi ultra-corti in a gamma di attosecondi. Evidentemente, a generazione di laser attosecondi custituiscenu un prucessu sufisticatu è multifaceted, chì esige un altu gradu di prudenza tecnica è equipaggiu specializatu.

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

Impulsi laser femtosecondi ad alta intensità:

Immaginate chì pussede una catapulta eccezziunale eccezziunale capace di scaccià istantaneamente e pietre à velocità colossali, simile à u rolu ghjucatu da impulsi laser di femtosecondi di alta intensità.

Materiale di destinazione gassosa:

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

Movimentu elettronicu è ricombinazione (Transizione fisicamente chjamata):

Quandu l'impulsi laser di femtosecondu impactanu l'atomi di gas in u materiale di destinazione gassosa, un numeru significativu di elettroni esterni sò momentaneamente eccitati à un statu induve si staccanu da i so nuclei atomici rispettivi, furmendu un statu di plasma. Siccomu l'energia di u sistema diminuisce in seguitu (poi chì i pulsati laser sò inherentemente pulsati, cun intervalli di cessazione), questi elettroni esterni tornanu à a so vicinanza di i nuclei atomici, liberando fotoni d'alta energia.

Generazione High Harmonic:

Immaginate ogni volta chì una goccia d'acqua torna à a superficia di u lavu, crea ondulazioni, cum'è l'alti armonichi in i laser attosecondi. Questi ripples anu frequenze è amplitudes più altu ch'è i ripples originali causati da l'impulsu laser primariu femtosecondu. Duranti u prucessu HHG, un fasciu laser putente, simile à petre chì lancianu continuamente, illumina una mira di gas, s'assumiglia à a superficia di u lavu. Stu intensu campu di laser propulsa l'elettroni in u gasu, analogu à l'ondulazione, luntanu da i so atomi parenti è poi li tira in daretu. Ogni volta chì un elettrone torna à l'atomu, emette un novu fasciu laser cù una freccia più alta, simile à mudelli di ripple più intricati.

Filtrazione è Focusing:

Cumminendu tutti sti fasci laser di novu generati rende un spettru di diversi culori (frequenze o lunghezze d'onda), alcuni di i quali custituiscenu u laser attosecondu. Per isolà dimensioni è frequenze d'ondulazione specifiche, pudete impiegà un filtru specializatu, simile à a selezzione di ondulazioni desiderate, è impiegà una lente di ingrandimentu per fucalizza nantu à una zona specifica.

Cumpressione di Pulse (se necessariu):

Se vulete propagà i ripples più veloce è più brevi, pudete accelerà a so propagazione cù un dispositivu specializatu, riducendu u tempu chì dura ogni ripple. A generazione di laser attosecondi implica una interazzione cumplessa di prucessi. In ogni casu, quandu si sparte è visualizatu, diventa più comprensibile.