Wie schnell ist eine Attosekunde?

Der Nobelpreis für Physik 2023 wurde drei Wissenschaftlern für ihre Forschung zu 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 am 3. Oktober um 16:45 Uhr (Hanoi-Zeit) 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-Lichtimpulsen zur Untersuchung der Elektronendynamik in Materie.

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

Eine Attosekunde ist ein Milliardstel einer Milliardstel Sekunde. Zum Vergleich: Eine Sekunde hat so viele Attosekunden wie es in der gesamten 13,8 Milliarden Jahre alten Geschichte des Universums Sekunden gab. Laut Hans Jakob Wörner, Forscher an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH Zürich), ist die Attosekunde die kürzeste Zeitspanne, die der Mensch direkt messen kann.

Die Fähigkeit, in diesem Zeitrahmen 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 den Kern eines Wasserstoffatoms zu umrunden.

Das bedeutet, dass die Untersuchung von Attosekunden den Wissenschaftlern Zugang zu einem fundamentalen Prozess verschafft, der bisher unerreichbar war. Alle elektronischen Geräte werden durch die Bewegung von Elektronen beeinflusst, und die derzeitige Geschwindigkeitsbegrenzung 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, umgeben von Elektronen. Foto: Rost-9D/Getty

Die in Frankreich geborene schwedische Physikerin Anne L'Huillier war die erste, die ein Werkzeug zur Erschließung der Attosekundenwelt entwickelte, indem sie mit einem Hochleistungslaser Lichtimpulse in extrem kurzen Intervallen erzeugte.

Franck Lepine, ein Forscher am französischen Institut für Licht und Materie, der mit L'Huillier zusammenarbeitete, beschreibt das Gerät als einen Film für Elektronen. Er vergleicht es mit der Arbeit zweier französischer Filmemacherpioniere, der Brüder Auguste und Louis Lumière, die Szenen durch aufeinanderfolgende Fotos konstruierten. John Tisch, Professor für Laserphysik am Imperial College London, sagt, es sei wie ein Gerät, das extrem schnelle Lichtimpulse auf Materialien abfeuert und so Informationen über deren Verhalten im Laufe der Zeit erhält.

Alle drei Gewinner des gestrigen Preises hielten zuvor den Weltrekord für den kürzesten Lichtpuls. Im Jahr 2001 erzeugte das Team des französischen Wissenschaftlers Pierre Agostini einen Puls von nur 250 Attosekunden Dauer. L'Huilliers Team übertraf diesen Rekord 2003 mit 170 Attosekunden. Im Jahr 2008 halbierte der österreichisch-ungarische Physiker Ferenc Krausz diesen Wert mit einem 80-Attosekunden-Puls um mehr als die Hälfte.

Wörners Team hält derzeit mit 43 Attosekunden den Guinness-Weltrekord für den kürzesten Lichtpuls. Mit der heutigen Technologie ließe sich die Dauer noch weiter auf wenige Attosekunden reduzieren, schätzt Wörner.

Die Attosekundentechnologie ist noch nicht im Mainstream angekommen, doch die Zukunft sieht vielversprechend aus, sagen Experten. Bisher konnten Wissenschaftler Attosekunden vor allem zur Beobachtung von Elektronen nutzen. Die Kontrolle von Elektronen und ihrer Bewegungen sei noch nicht oder erst im Ansatz möglich, so Woerner. Dies könnte die Elektronik deutlich schneller machen und eine Revolution in der Chemie auslösen.

„Wir wären nicht auf die natürlichen Eigenschaften von Molekülen beschränkt, sondern könnten sie an unsere Bedürfnisse anpassen“, sagte Woerner. „Attochemie“, fügte er hinzu, könne zu effizienteren Solarzellen führen oder sogar Lichtenergie zur Herstellung sauberer Kraftstoffe nutzen.

Thu Thao (Laut AFP )

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