3 oktyabr 2023-cü il tarixində axşam saatlarında keçirilən mühüm bir açıqlamada, attosaniyə lazer texnologiyası sahəsində qabaqcıl rol oynamış üç alimin görkəmli töhfələrinə görə 2023-cü il üçün Fizika üzrə Nobel Mükafatı təqdim edildi.

"Attosaniyəli lazer" termini öz adını işlədiyi inanılmaz dərəcədə qısa zaman şkalasından, xüsusən də 10^-18 saniyəyə uyğun olan attosaniyələr sırasından götürür. Bu texnologiyanın dərin əhəmiyyətini anlamaq üçün attosaniyənin nəyi ifadə etdiyini fundamental şəkildə anlamaq vacibdir. Attosaniyələr son dərəcə dəqiq bir zaman vahidi kimi çıxış edir və tək bir saniyənin daha geniş kontekstində milyardda bir saniyəni təşkil edir. Bunu perspektivə qoymaq üçün, əgər bir saniyəni uca bir dağa bənzətsək, attosaniyələr dağın ətəyində yerləşən tək bir qum dənəsinə bənzəyər. Bu qısa zaman intervalında, hətta işıq belə fərdi bir atomun ölçüsünə bərabər məsafəni çətinliklə qət edə bilər. Attosaniyəli lazerlərin istifadəsi sayəsində elm adamları atom strukturları daxilində elektronların mürəkkəb dinamikasını araşdırmaq və manipulyasiya etmək üçün misli görünməmiş bir qabiliyyət qazanırlar ki, bu da kinematik ardıcıllıqla kadr-kadr yavaş hərəkət təkrarına bənzəyir və bununla da onların qarşılıqlı təsirini dərindən araşdırır.

Attosaniyə lazerləriultrasürətli lazerlər yaratmaq üçün qeyri-xətti optika prinsiplərindən istifadə edən alimlərin geniş tədqiqatlarının və birgə səylərinin kulminasiyasını təmsil edir. Onların meydana çıxması bizə bərk materiallarda atomlar, molekullar və hətta elektronlar daxilində baş verən dinamik prosesləri müşahidə etmək və araşdırmaq üçün innovativ bir perspektiv təqdim etdi.

Attosaniyəli lazerlərin təbiətini aydınlaşdırmaq və onların ənənəvi lazerlərlə müqayisədə qeyri-ənənəvi xüsusiyyətlərini qiymətləndirmək üçün onların daha geniş "lazer ailəsi" daxilində təsnifatını araşdırmaq vacibdir. Dalğa uzunluğuna görə təsnifat attosaniyəli lazerləri əsasən ultrabənövşəyi və yumşaq rentgen tezlikləri diapazonunda yerləşdirir ki, bu da onların ənənəvi lazerlərdən fərqli olaraq xeyli qısa dalğa uzunluqlarını göstərir. Çıxış rejimləri baxımından attosaniyəli lazerlər olduqca qısa impuls müddətləri ilə xarakterizə olunan impulslu lazerlər kateqoriyasına aiddir. Aydınlıq üçün bir bənzətmə çəkmək üçün davamlı dalğalı lazerləri fasiləsiz işıq şüası yayan fənər kimi təsəvvür etmək olar, impulslu lazerlər isə işıqlanma və qaranlıq dövrləri arasında sürətlə dəyişən stroboskop işığına bənzəyir. Əslində, attosaniyəli lazerlər işıqlanma və qaranlıqda impulslu davranış nümayiş etdirir, lakin iki hal arasındakı keçid heyrətamiz bir tezlikdə baş verir və attosaniyələr aləminə çatır.

Güc üzrə əlavə təsnifat lazerləri aşağı güclü, orta güclü və yüksək güclü mötərizələrə yerləşdirir. Attosaniyəli lazerlər olduqca qısa impuls müddətlərinə görə yüksək pik gücünə nail olur və nəticədə vahid vaxta düşən enerji intensivliyi (P=W/t) kimi müəyyən edilən aydın pik gücünə (P) səbəb olur. Fərdi attosaniyəli lazer impulsları olduqca böyük enerjiyə (W) malik olmaya bilər, lakin onların qısaldılmış zaman həddi (t) onlara yüksək pik gücü verir.

Tətbiq sahələri baxımından lazerlər sənaye, tibbi və elmi tətbiqləri əhatə edən geniş spektri əhatə edir. Attosaniyəli lazerlər əsasən elmi tədqiqatlar sahəsində, xüsusən də fizika və kimya sahələrində sürətlə inkişaf edən hadisələrin araşdırılmasında öz yerini tapır və mikrokosmik dünyanın sürətli dinamik proseslərinə pəncərə təqdim edir.

Lazer mühitinə görə təsnifat lazerləri qaz lazerləri, bərk hal lazerləri, maye lazerlər və yarımkeçirici lazerlər kimi ayırır. Attosaniyəli lazerlərin generasiyası adətən yüksək dərəcəli harmoniklər yaratmaq üçün qeyri-xətti optik effektlərdən istifadə edərək qaz lazer mühitindən asılıdır.

Xülasə, attosaniyəli lazerlər, adətən attosaniyəli lazerlərlə ölçülən qeyri-adi qısa impuls müddətləri ilə fərqlənən unikal qısa impulslu lazerlər sinfini təşkil edir. Nəticədə, onlar atomlar, molekullar və bərk materiallar daxilində elektronların ultrasürətli dinamik proseslərini müşahidə etmək və idarə etmək üçün əvəzolunmaz alətlərə çevriliblər.

Attosaniyəli Lazer Yaratmasının Müfəssəl Prosesi

Attosaniyəli lazer texnologiyası elmi innovasiyaların ön sıralarında dayanır və onun generasiyası üçün maraqlı dərəcədə sərt şərtlər toplusuna malikdir. Attosaniyəli lazer generasiyasının incəliklərini aydınlaşdırmaq üçün əvvəlcə onun əsas prinsiplərinin qısa izahı ilə başlayırıq, ardınca isə gündəlik təcrübələrdən əldə edilən canlı metaforalar gəlir. Müvafiq fizikanın incəliklərini bilən oxucular ümidsizliyə qapılmalıdırlar, çünki sonrakı metaforalar attosaniyəli lazerlərin təməl fizikasını əlçatan etməyi hədəfləyir.

Attosaniyəli lazerlərin generasiya prosesi əsasən Yüksək Harmonik Generasiya (YHG) kimi tanınan texnikaya əsaslanır. Birincisi, yüksək intensivlikli femtosaniyəli (10^-15 saniyə) lazer impulslarının şüası qaz halında olan hədəf materialına sıx şəkildə fokuslanır. Qeyd etmək lazımdır ki, attosaniyəli lazerlərə bənzər femtosaniyəli lazerlər qısa impuls müddətlərinə və yüksək pik gücünə malik olmaq xüsusiyyətlərinə malikdir. Gərgin lazer sahəsinin təsiri altında qaz atomlarındakı elektronlar müvəqqəti olaraq atom nüvələrindən azad olur və müvəqqəti olaraq sərbəst elektronlar vəziyyətinə keçir. Bu elektronlar lazer sahəsinə cavab olaraq salındıqca, nəticədə ana atom nüvələrinə qayıdır və onlarla rekombinasiya edir və yeni yüksək enerjili vəziyyətlər yaradırlar.

Bu proses zamanı elektronlar son dərəcə yüksək sürətlə hərəkət edir və atom nüvələri ilə rekombinasiya edildikdə, yüksək enerjili fotonlar kimi təzahür edən yüksək harmonik emissiyalar şəklində əlavə enerji buraxırlar.

Bu yeni yaradılan yüksək enerjili fotonların tezlikləri orijinal lazer tezliyinin tam ədəd qatlarıdır və yüksək dərəcəli harmoniklər adlanan bir şeyi əmələ gətirir, burada "harmoniklər" orijinal tezliyin inteqral qatları olan tezlikləri ifadə edir. Attosaniyə lazerlərinə nail olmaq üçün bu yüksək dərəcəli harmonikləri süzgəcdən keçirmək və fokuslamaq, spesifik harmonikləri seçmək və onları fokus nöqtəsinə cəmləşdirmək lazım gəlir. İstənildiyi təqdirdə, impuls sıxılma texnikaları impuls müddətini daha da qısalda bilər və attosaniyə diapazonunda ultra qısa impulslar əldə edə bilər. Aydındır ki, attosaniyə lazerlərinin generasiyası yüksək dərəcədə texniki bacarıq və ixtisaslaşmış avadanlıq tələb edən mürəkkəb və çoxşaxəli bir prosesdir.

Bu mürəkkəb prosesi anlamaq üçün gündəlik ssenarilərə əsaslanan metaforik paralel təklif edirik:

Yüksək İntensivli Femtosaniyəli Lazer İmpulsları:

Yüksək intensivlikli femtosaniyə lazer impulslarının oynadığı rola bənzər şəkildə, daşları ani olaraq nəhəng sürətlə ata bilən olduqca güclü bir katapulta sahib olduğunuzu təsəvvür edin.

Qaz Hədəf Materialı:

Hər damla su saysız-hesabsız qaz atomlarını təmsil edən qazlı hədəf materialını simvolizə edən sakit bir su hövzəsini təsəvvür edin. Daşların bu su hövzəsinə atılması, yüksək intensivlikli femtosaniyə lazer impulslarının qazlı hədəf materialına təsirini analoji şəkildə əks etdirir.

Elektron Hərəkəti və Rekombinasiyası (Fiziki Keçid Adlandırılır):

Femtosaniyə lazer impulsları qaz halındakı hədəf materialının içərisindəki qaz atomlarına təsir etdikdə, xeyli sayda xarici elektron müvafiq atom nüvələrindən ayrıldıqları bir vəziyyətə qədər həyəcanlanır və plazmaya bənzər bir vəziyyət əmələ gətirir. Sistemin enerjisi sonradan azaldıqca (lazer impulsları öz-özünə impulslandığı və dayanma intervalları ilə xarakterizə olunduğu üçün), bu xarici elektronlar atom nüvələrinin yaxınlığına qayıdır və yüksək enerjili fotonları buraxır.

Yüksək Harmonik Nəsil:

Təsəvvür edin ki, hər dəfə bir su damcısı gölün səthinə düşəndə, attosaniyəli lazerlərdəki yüksək harmoniklərə bənzər dalğalar yaradır. Bu dalğalar, ilkin femtosaniyəli lazer impulsunun yaratdığı orijinal dalğalardan daha yüksək tezliklərə və amplitudalara malikdir. HHG prosesi zamanı daşların davamlı atılmasına bənzər güclü bir lazer şüası, gölün səthinə bənzər bir qaz hədəfini işıqlandırır. Bu intensiv lazer sahəsi, dalğalara bənzər şəkildə, qazdakı elektronları ana atomlarından uzaqlaşdırır və sonra onları geri çəkir. Hər dəfə bir elektron atoma qayıtdıqda, daha mürəkkəb dalğalanma nümunələrinə bənzər daha yüksək tezlikli yeni bir lazer şüası yayır.

Filtrləmə və Fokuslama:

Bütün bu yeni yaradılan lazer şüalarının birləşdirilməsi, bəziləri attosaniyəli lazeri təşkil edən müxtəlif rənglərin (tezliklər və ya dalğa uzunluqları) spektrini verir. Müəyyən dalğa ölçülərini və tezliklərini təcrid etmək üçün istədiyiniz dalğaları seçmək kimi xüsusi bir filtrdən istifadə edə və onları müəyyən bir sahəyə fokuslamaq üçün böyüdücü şüşədən istifadə edə bilərsiniz.

Nəbz Kompressiyası (lazım olduqda):

Əgər dalğaları daha sürətli və daha qısa şəkildə yaymağı hədəfləyirsinizsə, ixtisaslaşdırılmış cihazdan istifadə edərək onların yayılmasını sürətləndirə və hər dalğanın davam etmə müddətini azalda bilərsiniz. Attosaniyə lazerlərinin generasiyası proseslərin mürəkkəb qarşılıqlı təsirini əhatə edir. Lakin, parçalandıqda və vizuallaşdırıldıqda, daha başa düşülən olur.