Heimur bardagaíþrótta, bara hratt.
Stundum munum við setja mjög stuttan tíma, lýst sem "tími hjartsláttar", og lengd hjartsláttar er 10 til 18. veldi sekúndu.
Í nýlegri tilraun sem líkist stöðvunarmyndatöku tók hópur vísindamanna frá Bandaríkjunum og Þýskalandi í fyrsta sinn „fryst ramma“ af rafeindum sem hreyfðust í fljótandi vatni í rauntíma og niðurstöðurnar voru birtar í tímaritinu Science.
Sérfræðingar frá dómnefnd útskýra rannsóknarniðurstöður 2023 Nóbelsverðlaunahafa í eðlisfræði við tilkynningu Nóbelsverðlauna 2023 í Stokkhólmi, Svíþjóð, 3. október 2023
Að sögn sérfræðinganna markar niðurstaðan mikla framfarir í tilraunaeðlisfræði, sem gefur glugga inn í rafeindabyggingu sameinda í vökva á tímakvarða sem áður var ekki hægt að ná með röntgengeislum. Áður fyrr gátu vísindamenn aðeins leyst rafeindahreyfingu á píkósekúndu (1 sekúndu=1 trilljón píkósekúndna) tímakvarða. Núna gerir hæfileikinn til að rannsaka rafræn viðbrögð röntgengeisla sem ná skotmarki á attósekúndukvarða vísindamönnum að kafa í efnahvörf af völdum geislunar milljón sinnum hraðar en fyrri aðferðir.
Allt bendir til þess að attosecond leysirinn geti verið lykillinn að því að opna hinn dularfulla heim rafeindatækninnar.
Hvað er "attosecond"?
Fyrir venjulegt fólk er attosecond afskaplega skrítið hugtak.
Reyndar, eins snemma og á stríðsríkjum tímabilinu, frægur hugsuður Kína, lík Kao setti fram "fjórar hliðar upp og niður sagði Yu, forn og nútíma sagði Seifur," einfalda sýn á rúm og tíma. Enn þann dag í dag, í fararbroddi í eðlisfræðirannsóknum, eru rúm og tími enn mikilvægustu og grundvallarvíddirnar.
Hvað mannleg skynfæri varðar, þegar hlutur er á hraðri hreyfingu, eru myndir hans óskýrar og skarast og ekki er hægt að sjá breytingar sem verða á mjög stuttum tíma. Það er því mikilvægt fyrir vísindamenn að þróa nákvæmari „tímaglugga“ til að fanga eða lýsa þessum örstuttu augnablikum.
Á 19. öld var mikið rædd og umdeild spurning í eðlisfræði: Þegar hestur hleypur, fara allir fjórir fæturnir frá jörðu á sama tíma?
Bandaríski frumkvöðullinn Leland Stanford hafði mikinn áhuga á þessari spurningu. Til að sannreyna þessa tilgátu leitaði hann til hins fræga ljósmyndara Edvard Muybridge. Í þá daga var myndbandsaðgerðin ekki enn fædd, þegar viðbragðstími myndavélarlokarans var 15 sekúndur, stundum jafnvel allt að mínútu.
Hestar myndu ekki hægja á sér til að sjá um myndavélarlokarann og klakandi klaufir þeirra voru stærsta hindrunin við að sannreyna þessa tilgátu. Edvard Maibridge gafst ekki upp svo auðveldlega, hann hafði þá björtu hugmynd, ekki bara að bæta hönnun myndavélarlokara, heldur setti hann 12 myndavélar og vélbúnað á flugbrautina. Alltaf þegar hesturinn nálgaðist myndavélina var gangverkið ræst og mynd tekin. Í lokin setti hann saman myndirnar 12, sem er allt ferlið við hlaup hestsins.
Með því að horfa á splæsuðu myndirnar fann fólk fljótlega svarið við spurningunni: þegar hestur hleypur getur hann örugglega fangað augnablik - fjórir fætur hans fara frá jörðu á sama tíma.
Þann 3. október 2023 tilkynnti Konunglega sænska vísindaakademían að hún hefði veitt Pierre Agostini, Ferenc Krauss og Anne Lhuillier Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði þess árs fyrir „tilraunaaðferð þeirra til að búa til attósekúndu ljóspúlsa til rannsókna á gangverki rafeindir í efni."
"Við getum nú opnað dyrnar að heimi rafeinda. Attosecond eðlisfræðin hefur gefið okkur tækifæri til að skilja fyrirkomulag rafeindastýringar. Næsta skref verður að nýta þær." Svo segir Eva Olson, formaður Nóbelsnefndarinnar um eðlisfræði.
Þegar vísindamenn steyptu sjónarhorni sínu inn í heim rafeinda, uppgötvuðu þeir að hraði breytinga á stöðu og orku er á bilinu eitt til nokkur hundruð attósekúndur, þar sem ein attósekúnda er einn milljarður úr sekúndu. Tæknin með attósekúndu púlsljósi er fljótasti tímakvarðinn sem mannkynið hefur um þessar mundir og hún er eins og reglustiku, því fínni mælikvarði sem reglustikan er, því meiri nákvæmni er mælanleg.
Yuan Lanfeng, staðgengill forstöðumanns vísinda- og tæknisamskiptadeildar, hug- og félagsvísindasviðs, vísinda- og tækniháskólans í Kína, sagði að skilja megi aðósekúndu ljóspúlsinn sem meginregluna um háhraða myndavél og að a. myndavél með hröðum viðbragðshraða þarf til að fanga dásamleg augnablik hreyfingarferlis einstaklings. Attosecond ljóspúlsinn er „háhraðamyndavélin“ í smásjárviðbragðsrannsóknum.
Áður fyrr voru tímamörk leysirpúlsa „femtósekúndur“ sem nægði fólki til að sjá atóm, en fyrir rafeindir var tímaupplausn „femtósekúndna“ svo gróf að samkvæmt þessum kvarða var aðeins hægt að fá a. mósaíklík áhrif. The Coherent Light Pulses Progress from Femtoseconds
Framvinda samhangandi ljóspúlsa frá femtósekúndum til attósekúndna er ekki aðeins einföld framfarir á tímakvarða, heldur eykur hún getu fólks til að rannsaka uppbyggingu efnis frá hreyfingu atóma og sameinda til innra hluta frumeinda, þar sem það getur rannsaka hreyfingu og fylgnihegðun rafeinda, sem mun leiða til mikillar byltingar í grunneðlisfræðirannsóknum.
Hvað mun attoseconnan færa venjulegu fólki?
Dag einn árið 1999 hlaut Ahmed Xavier, prófessor við Tækniháskólann í Kaliforníu, Nóbelsverðlaunin í efnafræði fyrir uppgötvun sína. Rannsóknir Xavier á níunda áratug síðustu aldar, með því að nota leysigeisla til að filma sveiflur atóma í umbreytingarástandi, hjálpuðu vísindamönnum að fylgjast með frumeindum og sameindum í ferli efnahvarfa í „hæg hreyfingu“ og rannsaka þannig eðli og uppbyggingu frumeinda. umbreytingarástand. Af þessum sökum er Xavier einnig þekktur sem "faðir femtósekúndu efnafræði".
Síðan þá hafa vísindamenn áttað sig á því að leysir, eins og eldingar, geta fanga þessi hverfulu augnablik. Þessi uppgötvun veitti fræðilegan grunn fyrir röð truflandi rannsókna.
Í dag hefur hraði þessa leysis verið uppfærður um þúsund sinnum og hefur tekist að átta sig á róttækri breytingu frá femtósekúndum í attósekúndur.
Nú á dögum, þegar fólk nefnir femtósekúndu leysir, getur það oft hugsað um þau mörgu forrit sem femtósekúndu leysir nærsýni skurðaðgerðir tákna. Og þegar kemur að attosecond laser virðist erfitt að tengja þetta hugtak við afkastamikið líf venjulegs fólks.
Yuan Lanfeng sagði hreinskilnislega, "a-sekúndu leysirinn er ekki mikið notaður eins og er, beiting hans er nýbyrjuð og hann er enn allt fastur í grunnrannsóknum." Hins vegar þýðir þetta ekki að attósekúndu ljóspúlsinn hafi enga notkunarmöguleika, "hann opnar hurð, en það sem er á bak við þessa hurð þarf samt að kanna ítarlega." Sagði hann.
Svo hvað er á bak við dyrnar?
Púlssviðseyðingarkerfi myndað á Medtronic básnum í lækningatækjum og heilsugæsluhluta 6. sýningarinnar 5. nóvember 2023
„Rafeindahreyfing er ábyrg fyrir myndun ljóss sem og myndun og rof efnatengja sem breyta uppbyggingu lífsameinda og virkni þeirra í lífkerfum og vinna úr upplýsingum eins hratt og mögulegt er ...... Í dag notum við attósekúndu ljóspúlsar til að skilja betur smásæja sem felur í sér rafeindir, atóm og sameindir ferli og komast að því hvernig þau hafa áhrif á stórsæja heiminn." Fyrr, eftir að hafa unnið Úlfsverðlaunin í eðlisfræði, lýsti Ferenc Krauss gildi notkunar attosecond eðlisfræði á þennan hátt.
Eva Olson sagði aftur á móti að attosecond eðlisfræði gefi okkur tækifæri til að skilja fyrirkomulag rafrænnar stjórnunar, sem ryður brautina fyrir hugsanlega notkun í rafrænum upplýsingaiðnaði og læknisfræði.
Wei Zhiyi, fræðimaður við eðlisfræðistofnun kínversku vísindaakademíunnar, telur að hægt sé að sameina tæknina með ofurleiðni, nanóefnum, ljósvökvaiðnaði, lyfjum, leysilækningum og öðrum sviðum til að stuðla að dýpri skilningi á uppbyggingunni. efnis af mannkyninu, sem mun leiða til viðeigandi byltingarkenndra framfara.
Án efa, þó að núverandi beiting attosecond eðlisfræði sé enn í fjarlægð frá ímyndunarafli sumra, þá hefur það mjög breitt úrval af notkunarsviðsmyndum.
Það gefur mannkyninu par af "greindum augum" til að rannsaka smásjárheiminn.
Með stuðningi þess munu mörg smásæ ferli ekki lengur krefjast staðfestingar á „atvikssönnunum“, heldur er hægt að fylgjast með þeim beint: Attosecond leysirinn er hægt að nota til að mynda margs konar háhraða hreyfiferli, svo sem efnahvörf, sameindakvarða hreyfing og hreyfing á atómkvarða.
Ljósmyndataka efnahvarfa með attosecond leysis getur hjálpað vísindamönnum að skilja efnahvörf betur og bæta efnaferla enn frekar. Með því að mynda hreyfingar sameinda og atóma með attosecond leysis getur það leitt í ljós víxlverkun þeirra og hreyfiferla, sem eru mikilvægir fyrir rannsóknir í efnisfræði og lífvísindum.
Á sviði líflæknisfræði, til dæmis, er gert ráð fyrir að háupplausn myndgreiningartækni aðósekúndupúlsa muni auka snemma greiningu og meðferð sjúkdóma og veita nýjar byltingar fyrir rannsóknir á krabbameini, taugasjúkdómum og öðrum stórum læknisfræðilegum áskorunum.
Það er ljóst að Ferenc Krauss teymið er einnig að reyna að nota femtósekúndu og attósekúndu tækni til að greina blóðsýni og greina litlar breytingar á þeim. Þeir eru að greina hvort þessar breytingar séu nógu sértækar til að hægt sé að greina sjúkdóminn með skýrum hætti á upphafsstigi sjúkdómsins, þessi tækni gæti haft veruleg áhrif á rannsóknir á krabbameini og öðrum erfiðum sjúkdómum.
Hröðun "attosecond-tímabilsins"?
Árið 2021 birti tímaritið Science "125 af nýjustu vísindalegum vandamálum heims", þar af meira en 10 sem þarf að leysa með ofurhröðum vísindum. Búist er við að tilkoma attósekúndupúlsa muni leiða til frumlegra nýjunga á nokkrum sviðum vísinda og hagnýtra rannsókna.
Attosecond leysirinn, ekki náttúrugjöf heldur kraftaverk af mannavöldum.
Franski eðlisfræðingurinn Anne Lhuillier var fyrstur til að uppgötva verkfærin til að opna heim attósekúndna. árið 1987 var hún að gera gasjónunartilraunir, bylgjulengd 1064 nanómetra af leysiljósi í argon og nokkrar aðrar sjaldgæfar lofttegundir, gasið virtist vera í öðrum lit en fyrri tilraunir.
Hún birti síðan lykilritgerð, þar sem hún uppgötvaði fyrirbærið háharmoník sem myndast við sterka leysigeislun eðallofttegunda, og fékk dæmigerða litrófsbyggingu háharmoníkur, en litrófsbreidd þeirra hefur getað stutt púls af stærðargráðunni attósekúndur, enda forsendur þess að leysipúlsar geti slegið í gegn í attósekúndur. Síðan þá hefur rannsóknarferill hennar og attósekúnduleysir verið nátengdur og 16 árum síðar leiddi hún hóp vísindamanna til að setja heimsmet fyrir stysta leysispúls, 170 attósekúndur.
Hinir tveir vísindamennirnir sem unnu Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði ásamt henni hafa einnig bætt við „attosecond-bygginguna“: Ungverjinn Ferenc Kraus leiddi hóp vísindamanna til að búa til og mæla fyrsta attósekúndu ljóspúlsinn árið 2001 og notaði hann til að fanga hreyfing rafeinda innan frumeinda, sem markar fæðingu attósekúndu eðlisfræðinnar. Að auki tókst teymi hans að einangra púls sem stóðu yfir í 650 attósekúndur, í fyrsta skipti sem vísindamenn hafa tekist að fylgjast með losun rafeinda frá atómum. Frakkinn Pierre Agostini, leiðtogi í samspili sterkra sviðsleysis við atóm, og teymi hans voru frumkvöðlar í attósekúndu eðlisfræði með því að búa til og mæla attósekúndu ljóspúlsa í fyrsta skipti og nota þá til að fanga hreyfingu rafeinda inni í atómum.
Í dag eru fleiri vísindamenn að keppa um efsta sætið á þessu sviði víða um heim.
Á rannsóknarstofunni eru frjóar niðurstöður tíðar: árið 2022 unnu vísindamenn frá háskólanum í Michigan og háskólanum í Regensburg í Þýskalandi saman til að fanga hreyfingu rafeinda innan nokkurra hundruða attósekúndna, sem er mesti hraði hingað til.
Sama ár vann hópur vísindamanna frá Center for Advanced Photonics við RIKEN Institute of Science and Chemistry í Japan og háskólanum í Tókýó í samstarfi við að þróa nýja tegund af víxlmæli til að takast á við jaðar sem stafa af sjóntruflunum sem stafar af attósekúndupúlsum og skammtafræðileg truflun á rafeindaástandi í efni. Þeir sýndu fram á hagkvæmni víxlmælingakerfisins með því að skipta háum harmónískum púlsum eftir kynslóð með tilraunum með sýni af helíum atómum.
Að auki er alþjóðleg bygging og samkeppni um attosecond leysir aðstöðu hafin. Evrópusambandið, sem Nóbelsverðlaunahafi eðlisfræðingurinn Gérard Mourou og fleiri talsmenn, hefur tekið forystuna í Ungverjalandi í byggingu European Extreme Light Facility-Altosecond Light Source (ELI-ALPS), og hefur stuðlað að uppbyggingu alþjóðlega þekktra fyrirtækja, ss. sem Fastlite, Active Fiber og Light Conversion. Laser tæknifyrirtæki eins og Fastlite, Active Fiber, Light Conversion og önnur alþjóðlega þekkt vöruendurtekning og uppfærsla, þessi nýja kynslóð leysitækni mun gegna mikilvægu hlutverki í háþróaðri framleiðslu, landvarnarvísindum og tækni og öðrum sviðum.
Í Kína eru viðeigandi vísindarannsóknareiningar að framkvæma innviðauppbyggingu attosecond ljósgjafa í stórum stíl, svo sem eðlisfræðistofnun kínversku vísindaakademíunnar og Songshan Lake Materials Laboratory í Dongguan, Guangdong héraði, Songshan Lake til að byggja upp Attosecond vísindamiðstöð. Það er litið svo á að eftir að þessari miðstöð er lokið er gert ráð fyrir að ná alþjóðlegum leiðandi alhliða vísbendingum.
