Vật lý atto giây cho phép các nhà khoa học quan sát các hạt rất nhỏ trong khoảng thời gian rất ngắn (một atto giây là một phần triệu giây, hoặc một phần tỷ nano giây). Ba chủ nhân của Giải Nobel Vật lý năm nay đều phát triển các thí nghiệm để có thể tạo ra các xung laser cực nhanh này, được sử dụng để thăm dò thế giới của chúng ta ở quy mô nhỏ nhất và có thể được ứng dụng trong hóa học, sinh học và vật lý.
Những vật chuyển động quá nhanh không thể chụp được sẽ tạo ra ảnh của một dải ánh sáng. Một ánh sáng nhấp nháy cực nhanh có thể khiến vật thể trông như bị đóng băng theo thời gian. Các xung ánh sáng atto giây hoạt động theo nguyên tắc tương tự, mở ra một thế giới hiện tượng từng được cho là không thể nhìn thấy được.
Câu chuyện về attoscience bắt đầu vào cuối những năm 1980, khi GS Anne L’Huillier và các cộng sự của bà tại một trung tâm nghiên cứu ở Paris-Saclay đang nghiên cứu argon ion hóa. Khi họ cho chất khí này tiếp xúc với ánh sáng laser hồng ngoại, nó tạo ra các photon mới ở một loạt tần số cao hơn, nghĩa là từng photon riêng lẻ phát ra từ argon có năng lượng cao hơn năng lượng của các photon trong ánh sáng laser kích hoạt chúng. Tất cả những tần số đó đều là âm bội của ánh sáng laser - giống như lặp lại cùng một nốt trên đàn piano, nhưng ở quãng tám cao hơn. Mỗi âm bội là một sóng ánh sáng có số chu kỳ nhất định trong ánh sáng laser. Chúng được tạo ra bởi ánh sáng laser tương tác với các nguyên tử trong chất khí, nó cung cấp thêm năng lượng cho một số electron, sau đó năng lượng này được phát ra dưới dạng ánh sáng. Với những phát hiện của mình, GS Anne L’Huillier được coi như người đặt nền móng cho các phát hiện đột phá trong sau này.
Năm 2001, GS Pierre Agostini thành công trong việc tạo ra và nghiên cứu một loạt xung ánh sáng liên tiếp, trong đó mỗi xung chỉ kéo dài 250 atto giây. Cùng thời gian đó, GS Ferenc Krausz nghiên cứu một loại thí nghiệm khác, có thể cô lập một xung ánh sáng đơn lẻ kéo dài 650 atto giây. Họ đã chứng minh được một phương pháp tạo ra những xung ánh sáng cực ngắn có thể dùng để đo những quá trình nhanh đến mức mà trước đây họ không thể theo dõi được, trong đó các electron chuyển động hoặc biến đổi năng lượng.
Việc sáng tạo ra những phương pháp cho phép tạo ra những xung chỉ kéo vài atto-giây cho phép các nhà khoa học thu được thông tin chi tiết và chân thực chưa từng có về chuyển động và tương tác của các electron trong nguyên tử và phân tử, qua đó có thể dẫn tới nhiều ứng dụng và đột phá trong các lĩnh vực như điện tử và chẩn đoán y tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. The Nobel Prize (2023), “The Nobel Prize in Physics 2023”, https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2023/press-release/, accessed 3 October 2023.
2. D. Castelvecchi and K. Sanderson (2023), “Physicists who built ultrafast ‘attosecond’ lasers win Nobel Prize”, Nature, DOI: 10.1038/d41586-023-03047-w.
Bắc Lê