Wie schnell ist eine Attosekunde?

Der Nobelpreis für Physik 2023 wurde drei Wissenschaftlern für ihre Arbeit über Attosekunden verliehen, die zu Durchbrüchen in der Elektronik und Chemie führen könnte.

Drei Wissenschaftler: Pierre Agostini, Ferenc Krausz und Anne L'Huillier erhielten den Nobelpreis für Physik 2023. Foto: CNN

Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften gab um 16:45 Uhr bekannt, dass die Wissenschaftler Pierre Agostini (55 Jahre), Ferenc Krausz (61 Jahre) und Anne L'Huillier (65 Jahre) den Nobelpreis für Physik 2023 erhalten. Die Auszeichnung geht an ihre experimentellen Methoden zur Erzeugung von Attosekunden-Lichtpulsen zur Untersuchung der Elektronendynamik in Materie. am 3. Oktober (Hanoi-Zeit).

Ihre Arbeit mit Lasern gab den Wissenschaftlern die Werkzeuge an die Hand, Elektronen zu beobachten und sogar zu steuern. Dies könnte zu Durchbrüchen in so unterschiedlichen Bereichen wie der Elektronik und Chemie führen.

Eine Attosekunde ist ein Milliardstel einer Milliardstel Sekunde. Um dies ins rechte Licht zu rücken: Die Anzahl der Attosekunden in einer Sekunde entspricht der Anzahl der Sekunden in der gesamten 13,8 Milliarden Jahre umfassenden Geschichte des Universums. Laut Hans Jakob Wörner, Forscher an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH Zürich), ist die Attosekunde der kürzeste Zeitraum, den der Mensch direkt messen kann.

Die Fähigkeit, innerhalb dieses Zeitrahmens zu arbeiten, ist wichtig, da dies die Geschwindigkeit ist, mit der Elektronen – die wesentlichen Bestandteile von Atomen – arbeiten. Beispielsweise benötigt ein Elektron 150 Attosekunden, um sich um den Kern eines Wasserstoffatoms zu bewegen.

Das bedeutet, dass die Untersuchung von Attosekunden den Wissenschaftlern Zugang zu einem grundlegenden Prozess verschafft, der ihnen bisher unerreichbar erschien. Jedes elektronische Gerät wird durch die Bewegung von Elektronen beeinflusst und die derzeitige Geschwindigkeitsgrenze liegt laut Woerner bei Nanosekunden. Würde man Mikroprozessoren auf Attosekunden umstellen, wäre eine milliardenfach schnellere Informationsverarbeitung möglich.

Ein Atom besteht aus einem Kern aus Protonen und Neutronen, der von Elektronen umgeben ist. Foto: Rost-9D/Getty

Die in Frankreich geborene schwedische Physikerin Anne L'Huillier war die erste, die ein Werkzeug entdeckte, um die Attosekundenwelt zu erschließen. Dieses Werkzeug erzeugt mit einem Hochleistungslaser Lichtimpulse in extrem kurzen Intervallen.

Franck Lepine, ein Forscher am französischen Institut für Licht und Materie, der mit L'Huillier zusammengearbeitet hat, beschreibt das Gerät als einen Film für Elektronen. Er verglich es mit der Arbeit zweier französischer Filmemacherpioniere – der Brüder Auguste und Louis Lumière –, die Szenen konstruierten, indem sie nacheinander Fotos aufnahmen. Es sei wie ein Gerät mit extrem schnellen Lichtimpulsen, mit dem man Materialien bestrahlen könne, um Informationen über ihre Reaktion in diesem Zeitraum zu erhalten, sagt John Tisch, Professor für Laserphysik am Imperial College London.

Alle drei Gewinner von gestern hielten zuvor den Weltrekord für den kürzesten Lichtimpuls. Im Jahr 2001 erzeugte das Team des französischen Wissenschaftlers Pierre Agostini einen Lichtimpuls mit einer Dauer von nur 250 Attosekunden. Die Gruppe um L'Huillier übertraf diesen Rekord 2003 mit 170 Attosekunden. Im Jahr 2008 halbierte der ungarisch-österreichische Physiker Ferenc Krausz diese Zahl mit einem 80-Attosekunden-Puls.

Guinness-Weltrekordhalter für den kürzesten Lichtpuls ist Woerners Team mit einer Dauer von 43 Attosekunden. Mit der aktuellen Technologie ließe sich die Zeit noch weiter auf wenige Attosekunden reduzieren, schätzt Woerner.

Die Attosekundentechnologie hat sich noch nicht durchgesetzt, doch die Zukunft sieht vielversprechend aus, sagen Experten. Bisher konnten Wissenschaftler Attosekunden fast ausschließlich zur Beobachtung von Elektronen nutzen. Die Kontrolle von Elektronen und die Manipulation ihrer Bewegungen sei grundsätzlich noch nicht möglich oder stehe erst am Anfang, so Woerner. Dies könnte die Elektronik deutlich schneller machen und eine Revolution in der Chemie auslösen.

„Wir sind nicht auf die natürliche Funktion von Molekülen beschränkt, sondern können sie an unsere Bedürfnisse anpassen“, sagt Woerner. Mithilfe der Attochemie könnten effizientere Solarzellen entstehen, fügte er hinzu, oder man könne sogar Lichtenergie nutzen, um saubere Kraftstoffe zu produzieren.

Thu Thao (Laut AFP )

Quellenlink: https://vnexpress.net/atto-giay-nhanh-den-dau-4660582.html