Attosecond เร็วแค่ไหน?

รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2023 มอบให้กับ นักวิทยาศาสตร์ 3 คนสำหรับผลงานเกี่ยวกับแอตโตวินาที ซึ่งอาจนำไปสู่ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านอิเล็กทรอนิกส์และเคมี

นักวิทยาศาสตร์ 3 คน ได้แก่ ปิแอร์ อากอสตินี เฟเรนซ์ เคราซ์ และแอนน์ ลูอิลิเยร์ ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2023 ภาพ: CNN — นักวิทยาศาสตร์ 3 คน ได้แก่ ปิแอร์ อากอสตินี เฟเรนซ์ เคราซ์ และแอนน์ ลูอิลิเยร์ ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2023 ภาพ: *CNN*

ราชบัณฑิตยสภาวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดนประกาศว่า นักวิทยาศาสตร์ Pierre Agostini (อายุ 55 ปี), Ferenc Krausz (อายุ 61 ปี) และ Anne L'Huillier (อายุ 65 ปี) เป็นผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปี 2023 จากวิธีการทดลองของพวกเขาในการสร้างพัลส์แสงในอนุภาคระดับอะตอมเพื่อศึกษาพลวัตของอิเล็กตรอนในสสาร ในเวลา 16.45 น. ของวันที่ 3 ตุลาคม (ตามเวลา ฮานอย )

งานของพวกเขาที่ใช้เลเซอร์ทำให้เหล่านักวิทยาศาสตร์มีเครื่องมือในการสังเกตและควบคุมอิเล็กตรอนได้ ซึ่งอาจนำไปสู่ความก้าวหน้าในสาขาต่างๆ เช่น อิเล็กทรอนิกส์และเคมี

อัตโตวินาทีเท่ากับหนึ่งในพันล้านของหนึ่งพันล้านวินาที หากจะเปรียบเทียบให้เห็นชัดเจน อัตโตวินาทีในหนึ่งวินาทีมีจำนวนเท่ากับจำนวนวินาทีในประวัติศาสตร์จักรวาลที่ยาวนานถึง 13,800 ล้านปี ตามที่ฮันส์ จาคอบ เวอร์เนอร์ นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธรัฐสวิส (ETH Zurich) กล่าวไว้ว่า อัตโตวินาทีคือช่วงเวลาที่สั้นที่สุดที่มนุษย์สามารถวัดได้โดยตรง

ความสามารถในการดำเนินการภายในกรอบเวลาดังกล่าวถือเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากเป็นความเร็วในการดำเนินการของอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของอะตอม ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอนใช้เวลา 150 แอตโตวินาทีในการเดินทางรอบนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน

นั่นหมายความว่าการศึกษาเรื่องความเร็วระดับอัตโตวินาทีจะทำให้เหล่านักวิทยาศาสตร์เข้าถึงกระบวนการพื้นฐานที่ก่อนหน้านี้ไม่สามารถเข้าถึงได้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทุกชิ้นได้รับผลกระทบจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน และความเร็วจำกัดในปัจจุบันอยู่ที่ระดับนาโนวินาที ตามที่เวอร์เนอร์กล่าว หากไมโครโปรเซสเซอร์ถูกแปลงเป็นความเร็วระดับอัตโตวินาที การประมวลผลข้อมูลก็จะเร็วขึ้นเป็นพันล้านเท่า

อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนที่โคจรรอบอิเล็กตรอน ภาพ: Rost-9D/Getty — อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอน ภาพ: *Rost-9D/Getty*

แอนน์ ลูอิลิเยร์ นักฟิสิกส์ชาวสวีเดนเชื้อสายฝรั่งเศส เป็นคนแรกที่พัฒนาเครื่องมือเพื่อเปิดโลก ของแอตโตวินาที เครื่องมือนี้ใช้เลเซอร์กำลังสูงเพื่อสร้างพัลส์แสงในช่วงเวลาสั้นๆ มาก

Franck Lepine นักวิจัยจากสถาบันแสงและสสารของฝรั่งเศส ซึ่งทำงานร่วมกับ L'Huillier อธิบายว่าอุปกรณ์ดังกล่าวเป็นฟิล์มที่สร้างขึ้นสำหรับอิเล็กตรอน เขาเปรียบเทียบอุปกรณ์ดังกล่าวกับผลงานของผู้สร้างภาพยนตร์ชาวฝรั่งเศสผู้บุกเบิกสองคน คือ Auguste และ Louis Lumière ซึ่งสร้างฉากต่างๆ ขึ้นมาโดยการถ่ายภาพต่อเนื่อง John Tisch ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์เลเซอร์ที่ Imperial College London กล่าวว่าอุปกรณ์ดังกล่าวเป็นเหมือนอุปกรณ์ที่ใช้พัลส์แสงที่เร็วมากในการยิงไปที่สสารและรับข้อมูลเกี่ยวกับพฤติกรรมของสสารในช่วงเวลาดังกล่าว

ผู้ชนะทั้งสามคนของรางวัลเมื่อวานนี้เคยสร้างสถิติโลกสำหรับพัลส์แสงที่สั้นที่สุดมาก่อน ในปี 2001 ทีมของนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Pierre Agostini ได้สร้างพัลส์แสงที่มีระยะเวลาเพียง 250 แอตโตวินาที ทีมของ L'Huillier ทำลายสถิติดังกล่าวด้วยพัลส์แสงที่มีระยะเวลา 170 แอตโตวินาทีในปี 2003 ในปี 2008 Ferenc Krausz นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย-ฮังการี ทำลายสถิตินี้ลงไปได้มากกว่าครึ่งหนึ่งด้วยพัลส์แสงที่มีระยะเวลา 80 แอตโตวินาที

ปัจจุบันทีมงานของเวอร์เนอร์ถือครองสถิติโลกกินเนสส์สำหรับพัลส์แสงที่สั้นที่สุดที่ 43 แอตโตวินาที เวอร์เนอร์ประมาณการว่าเทคโนโลยีปัจจุบันสามารถลดระยะเวลาให้เหลือเพียงไม่กี่แอตโตวินาทีได้

ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าเทคโนโลยี Attosecond ยังไม่เป็นกระแสหลัก แต่อนาคตดูสดใส นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่สามารถใช้ Attosecond ในการสังเกตอิเล็กตรอนได้ Woerner กล่าวว่าการควบคุมและการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนยังไม่สามารถทำได้ หรือเพิ่งจะเริ่มทำได้เท่านั้น ซึ่งอาจทำให้ระบบอิเล็กทรอนิกส์ทำงานเร็วขึ้นมาก และจุดประกายให้เกิดการปฏิวัติในวงการเคมี

“เราจะไม่ถูกจำกัดอยู่เพียงว่าโมเลกุลทำอะไรตามธรรมชาติ แต่เราจะปรับแต่งให้เหมาะกับความต้องการของเราได้” เวอร์เนอร์กล่าว “เคมีของ Atto” เขากล่าวเสริม อาจนำไปสู่เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น หรืออาจใช้พลังงานแสงเพื่อผลิตเชื้อเพลิงที่สะอาด

ทูเทา (รายงานโดย เอเอฟพี )

ลิงค์ที่มา