Kuriamas naujas atosekundinis lazeris

Straipsnyje, atspausdintame „Nature Photonics“ žurnale, tarptautinė mokslininkų komanda aprašo žengtą svarbų žingsnį kuriant galimybę, kuri leis mokslininkams stebėti atskirų elektronų judėjimą. Jei šį metodą pasiseks įgyvendinti, tai bus galima su neįprastu tikslumu stebėti, kaip atskiros molekulės sąveikauja viena su kita cheminių reakcijų metu. Šie tyrimai būtų svarbūs ne tik fundamentiniam mokslui, bet ir cheminei inžinerijai bei farmakologiniams tyrimams.

Mokslininkai, devyni iš kurių dirba Masačiusetso technologijų instituto Elektronikos tyrimų laboratorijoje (Research Laboratory of Electronics), aprašo metodą, kuris turėtų leisti gauti lazerio šviesos pliūptelėjimą, kuris tęstųsi tik keletą atosekundžių. Viena attosekundė lygi vienai bilijoninei bilijoninės sekundės daliai. Elektronas vandenilio atome apsisuka apie branduolį maždaug per šimtas penkiasdešimt vieną atosekundę. Vadinasi, norint pamatyti elektroną, dalyvaujantį cheminėje reakcijoje, reikia turėti atosekundinės trukmės impulsus.

„Jei jūs galite generuoti nedidelės trukmės impulsus, tai jūs galite tirti procesų dinamiką, kurie vyksta tame laiko mastelyje“, – pasakė grupės vadovas profesorius Francas Kertneris.

Atosekundiniai impulsai buvo sukurti laboratorijoje ir anksčiau, tačiau jų intensyvumas nebuvo pakankamas, taip vadinamai, laikinei spektroskopijai, kuri, paprastai, naudojama elektronų dinamikai matuoti. Naujasis metodas ne tik turėtų padidinti impulsų intensyvumą, bet jam taip pat reikalinga ir paprastesnė įranga, tai yra jis būtų praktiškesnis.

Ultratrumpų šviesos spindulių pliūpsnių gavimui sujungiamos skirtingų dažnių šviesos bangos. Bangą galima įsivaizduoti kaip pastovius žemyn ir į viršų nukreiptus vingius, o atstumas tarp vingių viršūnių apibrėžia bangos ilgį. Kai dvi bangos persikloja, jos viena kitą stiprina tose vietose, kuriose persikloja viršūnės. Tačiau bangos gali viena kitą ir silpninti – kai vienos bangos viršūnė sutampa su kitos bangos duobe. Apibrėžtas bangų derinys gali sukurti visiškai naują skirtingos formos bangą.

Kiti mokslininkai bandė gauti trumpus šviesos pliūpsnius, derindami lazerių spindulius, tačiau jie naudojo atskirus lazerius kiekvienam spinduliui. Labai sudėtinga sinchronizuoti spindulius, kad jų viršūnės ir duobės sutaptų pageidaujamose vietose. Mokslininkai panaudojo kristalą, kuris suskaido atskiro lazerio spindulį į keletą skirtingo dažnio spindulių. Kadangi naujai paruošti spinduliai gaunami iš vieno pradinio spindulio, tai jie yra idealiai sinchronizuoti.

Nors taip gaunami labai trumpi šviesos impulsai, tačiau jie nepasiekia atosekundinio mastelio. Kitas proceso žingsnis būtų impulsų pasiuntimas per dujas. Kai lazerio šviesos dalelės (fotonai) susiduria su dujų atomais, jie yra sugeriami, tačiau jų energija tuojau pat išspinduliuojama naujų fotonų pavidalu. Tačiau naujieji fotonai gali turėti žymiai didesnį dažnį nei pradiniai fotonai. Didesnis dažnis reiškia trumpesnį šviesos pliūpsnį.

Tačiau mokslininkai dar neatliko šio paskutinio proceso žingsnio. Šiuo metu jie praleido lazerio spindulį per du stiprintuvus, kad sustiprintų jo energiją. Tačiau yra reikalinga žymiai didesnė energija, norint išgauti pakankamai didelio dažnio fotonus iš dujų. Kito stiprintuvo pridėjimas, grupės nuomone, viską išspręstų, tačiau čia buvo susidurta su tam tikromis inžinerinėmis problemomis.