2023ko urriaren 3ko arratsaldean egindako iragarpen garrantzitsu batean, 2023ko Fisikako Nobel Saria aurkeztu zen, attosegundoko laser teknologiaren arloan aitzindari gisa funtsezko eginkizuna izan duten hiru zientzialariren ekarpen bikainak aitortuz.

"Attosegundoko laserra" terminoak bere izena funtzionatzen duen denbora-eskala izugarri laburretik datorkio, zehazki attosegundoen ordenan, 10^-18 segundori dagokiona. Teknologia honen garrantzi sakona ulertzeko, ezinbestekoa da attosegundo batek zer esan nahi duen ulertzea. Attosegundoa denbora-unitate oso txikia da, segundo baten mila milioiren baten mila milioiren bat osatzen duena segundo bakar baten testuinguru zabalagoan. Hau perspektiban jartzeko, segundo bat mendi garai batekin alderatuko bagenu, attosegundoa mendiaren oinarrian kokatutako harea-ale bakarraren antzekoa litzateke. Denbora-tarte labur honetan, argiak ere ia ezin du atomo baten tamainaren baliokidea den distantzia zeharkatu. Attosegundoko laserrak erabiliz, zientzialariek gaitasun paregabea lortzen dute elektroien dinamika korapilatsuak egitura atomikoetan aztertzeko eta manipulatzeko, sekuentzia zinematografiko batean fotogramaz fotogramako mugimendu moteleko erreprodukzio baten antzera, eta horrela haien arteko elkarrekintzan sakonduz.

Attosegundoko laserrakZientzialariek egindako ikerketa zabalaren eta ahalegin bateratuen gailurra dira, optika ez-linealaren printzipioak erabili baitituzte laser ultra-azkarrak sortzeko. Haien etorrerak ikuspegi berritzaile bat eman digu material solidoetako atomo, molekulen eta baita elektroien barruan ere gertatzen diren prozesu dinamikoak behatzeko eta aztertzeko.

Attosegundoko laserren izaera argitzeko eta laser konbentzionalekin alderatuta dituzten ezaugarri ez-konbentzionalak baloratzeko, ezinbestekoa da haien sailkapena "laser familia" zabalagoaren barruan aztertzea. Uhin-luzeraren arabera sailkatzeak attosegundoko laserrak batez ere ultramoreen eta X izpien maiztasun bigunen tartean kokatzen ditu, eta horrek esan nahi du laser konbentzionalekin alderatuta uhin-luzera nabarmen laburragoak dituztela. Irteera moduei dagokienez, attosegundoko laserrak pultsatutako laserren kategorian sartzen dira, eta pultsu-iraupen oso laburrak dituzte. Argitasun handiagoa lortzeko analogia bat egiteko, uhin jarraituko laserrak argi-izpi jarraitu bat igortzen duen linterna baten antzekoak direla imajina daiteke, eta pultsatutako laserrak, berriz, argi estroboskopiko baten antzekoak, argiztapen-aldien eta iluntasunaren artean azkar txandakatzen direnak. Funtsean, attosegundoko laserrek portaera pultsatzailea dute argiztapenaren eta iluntasunaren barruan, baina bi egoeren arteko trantsizioa maiztasun harrigarri batean gertatzen da, attosegundoen eremura iritsiz.

Potentziaren araberako sailkapen gehiagok laserrak potentzia txikiko, potentzia ertaineko eta potentzia handiko tarteetan kokatzen ditu. Attosegundoko laserrek potentzia maximo handia lortzen dute pultsu-iraupen oso laburrei esker, eta horren ondorioz potentzia maximo nabarmena (P) sortzen da, denbora-unitateko energiaren intentsitate gisa definitua (P=W/t). Attosegundoko laser pultsu indibidualek energia (W) aparteko handirik ez izan arren, denbora-tarte laburtuak (t) potentzia maximo handiagoa ematen die.

Aplikazio-eremuei dagokienez, laserrek industria-, medikuntza- eta zientzia-aplikazioak hartzen dituzte barne. Attosegundoko laserrek batez ere ikerketa zientifikoaren arloan aurkitzen dute beren nitxoa, batez ere fisika eta kimikaren arloetan azkar eboluzionatzen ari diren fenomenoen azterketan, mikrokosmoseko munduaren prozesu dinamiko azkarren leiho bat eskainiz.

Laser medioaren arabera sailkatzeak laserrak gas laser, egoera solidoko laser, likido laser eta erdieroale laser gisa bereizten ditu. Attosegundoko laserren sorkuntza normalean gas laser medioetan oinarritzen da, efektu optiko ez-linealak aprobetxatuz harmoniko ordena altua sortzeko.

Laburbilduz, attosegundoko laserrak pultsu laburreko laserren klase berezi bat osatzen dute, pultsu-iraupen izugarri laburrengatik bereizten direnak, normalean attosegundotan neurtzen direnak. Ondorioz, ezinbesteko tresna bihurtu dira atomo, molekul eta material solidoetan dauden elektroien prozesu dinamiko ultra-azkarrak behatzeko eta kontrolatzeko.

Atosegundoen laser sorkuntzaren prozesu landua

Atosegundo laser teknologia zientzia-berrikuntzaren abangoardian dago, eta sortzeko baldintza zorrotzak ditu. Atosegundo laser sorreraren konplexutasunak argitzeko, oinarrizko printzipioen azalpen labur batekin hasiko gara, eta ondoren eguneroko esperientzietatik eratorritako metafora biziak erabiliko ditugu. Fisika garrantzitsu honen konplexutasunetan adituak ez diren irakurleek ez dute etsi behar, ondorengo metaforek atosegundo laserren oinarrizko fisika eskuragarri jartzea baitute helburu.

Attosegundoko laserren sorkuntza-prozesua batez ere Harmoniko Handiko Sorkuntza (HHG) izeneko teknikan oinarritzen da. Lehenik eta behin, femtosegundoko intentsitate handiko (10^-15 segundo) laser pultsu sorta bat gaseoso baten gainean fokatzen da. Aipatzekoa da femtosegundoko laserrek, attosegundoko laserren antzekoek, pultsu-iraupen laburrak eta potentzia maximo handia izatearen ezaugarriak dituztela. Laser-eremu biziaren eraginpean, gas-atomoetako elektroiak une batez askatzen dira beren nukleo atomikoetatik, aldi baterako elektroi askeen egoeran sartuz. Elektroi hauek laser-eremuari erantzunez oszilatzen direnean, azkenean beren jatorrizko nukleo atomikoetara itzultzen dira eta berkonbinatzen dira, energia handiko egoera berriak sortuz.

Prozesu honetan, elektroiak abiadura oso handietan mugitzen dira, eta nukleo atomikoekin birkonbinatzean, energia gehigarria askatzen dute harmoniko handiko igorpen moduan, energia handiko fotoi gisa agertuz.

Energia handiko fotoi berri hauen maiztasunak jatorrizko laser maiztasunaren multiplo osoak dira, eta harmoniko osoak deritzona osatzen dute, non "harmoniko" hitzak jatorrizko maiztasunaren multiplo integralak diren maiztasunak adierazten dituen. Attosegundoko laserrak lortzeko, harmoniko oso horiek iragazi eta fokatu behar dira, harmoniko espezifikoak hautatuz eta foku-puntu batean kontzentratuz. Nahi izanez gero, pultsu-konpresio teknikek pultsuaren iraupena laburtu dezakete, attosegundoen tarteko pultsu ultra-laburrak sortuz. Argi dago attosegundoko laserren sorkuntza prozesu sofistikatu eta anitzekoa dela, trebetasun tekniko handia eta ekipamendu espezializatua eskatzen dituena.

Prozesu korapilatsu hau desmitifikatzeko, eguneroko egoeretan oinarritutako paralelo metaforiko bat eskaintzen dugu:

Intentsitate handiko femtosegundoko laser pultsuak:

Imajinatu katapulta oso indartsu bat duzula, harriak abiadura izugarrietan berehala jaurtitzeko gai dena, femtosegundoetako laser pultsu intentsitate handikoek jokatzen dutenaren antzekoa.

Helburu-material gaseosoa:

Imajinatu helburu-material gaseosoa sinbolizatzen duen ur-masa lasai bat, non ur tanta bakoitzak gas-atomo ugari adierazten dituen. Harriak ur-masa honetara bultzatzeak femtosegundoetako laser pultsu intentsitate handikoek helburu-material gaseosoan duten eragina islatzen du analogian.

Elektroiaren Mugimendua eta Birkonbinazioa (Fisikoki Trantsizioa Izendatzen Dena):

Femtosegundoetako laser pultsuek gas-materialaren barruko gas atomoetan eragiten dutenean, kanpoko elektroi kopuru esanguratsu bat une batez kitzikatzen da dagokien nukleo atomikoetatik askatzen den egoerara, plasma antzeko egoera bat sortuz. Sistemaren energia gutxitzen den heinean (laser pultsuak berez pultsatuak direlako, etenaldi tarteak dituztelako), kanpoko elektroi hauek nukleo atomikoen ingurura itzultzen dira, energia handiko fotoiak askatuz.

Harmoniko handiko sorkuntza:

Imajinatu ur tanta bat lakuaren gainazalera erortzen den bakoitzean, uhinak sortzen dituela, attosegundoko laserretan harmoniko altuak bezala. Uhin hauek femtosegundoko laser pultsu nagusiak eragindako jatorrizko uhinek baino maiztasun eta anplitude handiagoak dituzte. HHG prozesuan zehar, harriak etengabe jaurtitzearen antzeko laser izpi indartsu batek gas helburu bat argitzen du, lakuaren gainazalaren antzekoa. Laser eremu bizi honek gaseko elektroiak bultzatzen ditu, uhinen antzera, jatorrizko atomoetatik urrunduz eta gero atzera erakarriz. Elektroi bat atomora itzultzen den bakoitzean, maiztasun handiagoko laser izpi berri bat igortzen du, uhin eredu konplexuagoen antzekoa.

Iragazketa eta fokatzea:

Laser izpi berri horiek guztiak konbinatzeak kolore (maiztasun edo uhin-luzera) desberdinen espektro bat sortzen du, eta horietako batzuek attosegundoetako laserra osatzen dute. Uhin-tamaina eta maiztasun zehatzak isolatzeko, iragazki espezializatu bat erabil dezakezu, nahi dituzun uhinak hautatzearen antzekoa, eta lupa bat erabil dezakezu eremu zehatz batean fokatzeko.

Pultsu-konpresioa (beharrezkoa bada):

Uhinak azkarrago eta laburrago hedatzea helburu baduzu, haien hedapena gailu espezializatu bat erabiliz bizkortu dezakezu, uhin bakoitzaren iraupena murriztuz. Attosegundoko laserren sorrerak prozesuen elkarrekintza konplexua dakar. Hala ere, banatu eta bistaratzen denean, ulergarriagoa bihurtzen da.