Госпожа Л'Юилье, когда вас спросят на барбекю-вечеринке, кто вы по профессии — что вы скажете?
Л'Юилье: Я придумала себе ответ для таких ситуаций, который меня вполне устраивает. Тогда я скажу, что работаю на стыке лазерной и атомной физики. Наша команда использует короткие, очень, очень короткие лазерные импульсы, как вспышка фотоаппарата. Они нужны нам для съемки чрезвычайно быстрых движений, например, электронов.
Под очень, очень короткими лазерными импульсами вы подразумеваете...?
Л'Юилье: Импульсы длиной в несколько аттосекунд.
Как я могу представить себе аттосекунды?
Л'Юилье: Никак. По-разному пытаются визуализировать мимолетность временного отрезка. Я иногда использую такое сравнение: одна аттосекунда относится к одной секунде так же, как одна секунда относится ко всему возрасту Вселенной, который составляет 14 миллиардов лет. И это действительно помогает разобраться в сути дела? В этом у меня большие сомнения. А вам это помогает?
Ну, может быть, совсем немного.
Л'Юилье: Нам просто надо признать, что понять это невозможно, исходя из нашего человеческого восприятия времени. К счастью, мы от этого никак не зависим. Ведь у нас есть абстрактные математические методы и теории, а также практические эксперименты. Так что длина аттосекунды составляет всего 10 -18 секунд. Гораздо интереснее, чем размышления о длине аттосекунды, вопрос о том, почему мы вообще хотим проникнуть в такие микроскопические временные масштабы.
Хорошо. Зачем нам нужны аттосекундные импульсы?
Л'Юилье: В природе существуют процессы, которые происходят настолько быстро, что мы можем измерить их только с помощью аттосекундных световых импульсов. Наиболее важными являются движения электронов. Чем короче наша вспышка, то есть импульс, тем точнее мы наблюдаем процесс. В настоящее время моя исследовательская группа по-прежнему в основном регистрирует процессы в простых атомах и вокруг них, потому что это легче сделать. Если мы добьемся еще немного большего, то сможем наблюдать за движением электронов в более сложных системах, например, в молекулах. Химические реакции происходят, когда электроны движутся. Когда-нибудь эти начальные движения можно будет измерить.
И что дальше?
Л'Юилье: Возможность измерить что-то является первым шагом к способности это контролировать. Таким образом, долгосрочная цель состоит в том, чтобы в какой-то момент контролировать химические реакции на уровне электронов.
Какие горизонты это открывает?
Л'Юилье: Трудно точно обрисовать картину перспектив. Это ведь фундаментальное исследование.
Профессор Анн Л'Юилье когда-то открыла путь в физику аттосекундных лазерных импульсов. Теперь ее исследования сосредоточены на электронах.
Участники исследовательской группы из Лунда (Швеция) используют фемтосекундные лазерные импульсы для генерации так называемых высоких гармоник. С их помощью они генерируют аттосекундные лазерные импульсы и используют их для наблюдения за атомными процессами.
В 1987 году в ходе эксперимента вы обнаружили, как генерировать так называемые высокие гармоники. То есть предварительное условие для генерации аттосекундных импульсов.
Л'Юилье: Да, это был счастливый случай! Нет ничего прекраснее, чем натолкнуться на то, чего не ожидала. Тогда есть над чем поломать голову. В то время мы хотели воздействовать на благородные газы интенсивным лазерным излучением и исследовать эффект флуоресценции. Оказалось, что самый сильный свет, который можно было наблюдать, — это не флуоресцентный, а высокие гармоники частоты лазера. Это открытие изменило мою карьеру. С помощью высоких гармоник впоследствии удалось генерировать аттосекундные импульсы, и я занимаюсь этим по сей день.
Могу ли я хотя бы представить себе высокие гармоники?
Л'Юилье: Да, это реально! В данном случае у меня есть сравнение, которое работает гораздо лучше, чем сравнение со вселенной и аттосекундами. Когда вы проводите смычком по струнам скрипки, вы не просто создаете чистый тон, то есть частоту чистого тона. Создаются и другие частоты. В музыке это называется обертоны. Они придают звуку окраску. Обертоны и есть гармоники. Нечто подобное происходит, когда газ при определенных условиях подвергается воздействию интенсивных фемтосекундных лазерных импульсов: генерируются новые, гораздо более коротковолновые лазерные частоты. Высокие гармоники — это обертоны лазерной физики.
Что можно сделать с помощью высоких гармоник световых импульсов?
Л'Юилье: Следующим шагом будет создание аттосекундных импульсов. Но они полезны и сами по себе. В настоящее время мы сотрудничаем с производителем систем литографии и измерительной техники для полупроводниковой промышленности. Идея состоит в том, чтобы использовать высокие гармоники для тестирования микроскопических структур на полупроводниках. Для меня, как для фундаментального исследователя, это очень специфичный проект. Я удивлена и счастлива, что наша работа может быть полезной для общества.
Для лазерных технологий также есть некоторая польза от ваших исследований?
Л'Юилье: Да. На протяжении десятилетий мы как представители аттосекундной физики неоднократно подталкивали производителей лазерной техники к разработке новых и более совершенных ультракороткоимпульсных лазеров. И наоборот, мы, естественно, выигрываем от улучшенных источников излучения. Чем лучше исходный источник излучения, тем оптимальнее высокие гармоники, и, соответственно, аттосекундные импульсы. В свою очередь это приведет к появлению новых технических разработок для нас, таких как методы диагностики и измерения в области ультракороткоимпульсной лазерной технологии. Так что это постоянно подстегивает. Но помимо этих обнадеживающих эффектов есть кое-что, что является для меня самым важным в моей работе.
И что для вас важнее всего?
Л'Юилье: Я занимаюсь не только исследованиями. Но и обучением. Мне выпала честь обучать многих молодых людей и наблюдать за умножением их знаний. Я считаю это своим самым большим вкладом.
Анн Л'Юилье — профессор атомной физики в Лундском университете в Швеции. Она считается одним из самых важных сооснователей исследовательского направления аттосекундной физики. В 2023 году за свои научные достижения Л'Юилье получила премию будущего от Фонда Бертольда Ляйбингера. Несколькими днями позже она вместе с Пьером Агостини и Ференцем Краусом стала лауреатом Нобелевской премии по физике.
