Tehnologia care dezvăluie ce se întâmplă în 0,000000000000000000000001 secunde

Oamenii au senzația că totul se întâmplă foarte repede. Însă lucrurile normale din viața noastră de zi cu zi se întâmplă extraordinar de lent în comparație cu viteza evenimentelor din lumea microscopică, scrie El Pais.

Aceasta este o lume dincolo de limitele percepției umane, unde materia este determinată, unde combinațiile de particule alcătuiesc toate substanțele din univers.

Există evenimente care se produc în attosecunde (as), o trilionime de secundă. O attosecundă este echivalentă cu 0,000000000000000000001 secunde sau 1x10-18 dintr-o secundă și corespunde, aproximativ, timpului necesar luminii pentru a trece printr-un atom și scara naturală a mișcării electronice în materie.

Institutul de Științe Fotonice (ICFO) a realizat, de asemenea, un impuls moale de raze X de doar 19,2 attosecunde.

Maghiarul Ferenc Krausz, franțuzoaica Anne L’Huillier și francezul Pierre Agostini au primit Premiul Nobel pentru Fizică în 2023 pentru dezvoltarea unor impulsuri de lumină extrem de scurte, menite să măsoare procesul, până acum incomensurabil, al mișcării sau schimbului de energie al electronilor. Ei l-au primit la opt luni după ce această cercetare a obținut Premiul Frontierele Cunoașterii al Fundației BBVA, la categoria Științe de Bază.

Fundația BBVA și Societatea Regală Spaniolă de Fizică (RSEF) au acordat încă o dată un premiu unui cercetător din acest domeniu aproape neexplorat, a cărui hartă putea fi cartografiată până acum doar prin teorii pe hârtie. Premiul pentru Tânărul Cercetător în Fizică Experimentală i-a fost acordat lui Allan Johnson, om de știință Ramón y Cajal de la Institutul IMDEA Nanoștiințe, pentru experimentele sale care generează impulsuri ultrarapide de lumină - busola pentru descoperirea unei lumi în care ceea ce știm începe să prindă contur, permițând studiul materialelor, înțelegerea universului cuantic și chiar observarea celulelor corpului într-o dimensiune fără precedent.

Laserul folosit generează o temperatură mai mare ca pe Soare

Johnson s-a născut acum 35 de ani la Ottawa, Canada, unde a studiat fizica și matematica. După ce și-a obținut doctoratul la Imperial College London, a venit în Spania din cauza soției sale, cu care are doi copii.

„În alte locuri, am sentimentul că viața înseamnă suferință, că prezentul este mai rău decât trecutul. În Spania, simt că există un viitor mai luminos. Este o țară bună în care să trăiești”, spune el.

El a primit premiul pentru munca sa în domeniul așa-numitului regim supraalimentat, o tehnologie care folosește lasere extrem de puternice pentru a genera impulsuri de raze X de o lungime de attosecundă, cu care poate măsura materiale complexe.

„Am folosit un laser de foarte mare putere și l-am focalizat pentru a atinge o intensitate atât de mare încât, în focarul cel mai fierbinte, ar putea atinge temperaturi mai mari decât cele de pe exteriorul Soarelui. Se obține o plasmă supraîncălzită care extrage electronii din atomi și sparge materia”, explică el.

Tehnologia echipei lui Johnson este cheia altor cercetări. „Când generăm plasmă cu un laser foarte puternic, acesta emite un impuls de raze X de o attosecundă și acest impuls emis este cel pe care îl folosim pentru alte experimente. Regimul supraalimentat este o modalitate de a genera impulsuri de attosecundă cu energii de raze X în laborator. Toate aplicațiile ulterioare utilizează raze X ultrarapide, dar nu sunt specifice regimului supraalimentat”.

Printre aplicații se numără înțelegerea dinamicii electronilor, fundamentală în domeniul cuantic, care, conform fizicii, explică natura: „Corelațiile dintre electroni sunt foarte importante. Într-un material normal, cum ar fi o bucată de aluminiu sau sticlă, ne imaginăm că fiecare electron funcționează independent. Acest lucru nu este în întregime adevărat, deși am construit fiecare semiconductor din lume și computere bazate pe această idee. Dar în materialele cuantice, modelul nu funcționează așa și de aceea trebuie să înțelegem cum interacționează electronii”.

Teoretic, se pot crea materiale care nu există acum în realitate

Pentru a exemplifica importanța acestor investigații, Johnson explică faptul că 10% din energia electrică generată se pierde pe parcurs. „Reducerea acestor pierderi poate ajuta mult în lupta împotriva schimbărilor climatice sau în independența energetică a Europei”, explică el.

Tehnologiile cu regim supraalimentat sunt, de asemenea, fundamentale în metrologie și cu aplicații practice în construcția de microprocesoare sau, așa cum explică Johnson, pentru a „privi celulele la o rezoluție mai mare decât cea a oricărui microscop optic existent”.

Un alt domeniu deschis de aceste impulsuri de attosecunde este știința materialelor. Dar domeniul este vast: „La scară nanometrică, putem lua materiale și le putem transforma în ceva magnetic sau invers. Există unele studii care sugerează că putem de fapt converti un material care nu este supraconductor într-un supraconductor. Putem capta materiale în stări foarte diferite față de cele obținute în alte moduri”.

Visul, spune Johnson, ar fi să creăm materiale care nu există în natură, cu proprietăți unice, la cerere. Dar recunoaște că suntem încă departe. Cu toate acestea, el consideră că drumul este deschis și că există deja aplicații fezabile în procesarea informațiilor, senzori, tehnologia spațială și calculul neuromorfic, care imită creierul uman.

În același domeniu, un grup de cercetători de la Institutul de Științe Fotonice (ICFO) a stabilit un nou record prin generarea pulsului de raze X moi de doar 19,2 attosecunde, considerat cel mai scurt de până acum. Aceasta este cea mai rapidă străfulgerare de lumină, chiar mai rapidă decât unitatea atomică de timp (24,2 attosecunde), care corespunde timpului necesar unui electron pentru a parcurge o orbită completă în jurul atomului de hidrogen: „anul atomic”, relatează ICFO într-o notă bazată pe cercetarea publicată în Ultrafast Science.

„Această nouă capacitate deschide calea pentru progrese în fizică, chimie, biologie și știința cuantică, permițând observarea directă a proceselor care impulsionează fotovoltaica, cataliza, materialele corelate și dispozitivele cuantice emergente”, spune fizicianul german Jens Biegert de la ICFO.

Institutul explică faptul că cheia acestor descoperiri este înțelegerea modului în care materia se comportă și interacționează la scară atomică și subatomică: „Electronii determină totul: cum se dezvoltă reacțiile chimice, cum conduc materialele electricitatea, cum transferă moleculele biologice energia și cum funcționează tehnologiile cuantice. Dar dinamica electronică are loc la scări de timp de ordinul atosecundelor, prea rapid pentru instrumentele de măsurare convenționale”.

„Rezultatele noastre demonstrează capacitățile remarcabile ale tehnologiei atosecundelor și pun bazele utilizării sale pe scară largă în știința fundamentală și aplicată”, conchid oamenii de știință în studiul lor, unde notează o realizare similară - deși într-un interval diferit - publicată în revista arXiv.

Articol recomandat de sport.ro

FOTO Clara a spus totul despre iubitul cu 53 de ani mai în vârstă: ”Primesc multe critici”