3 mokslininkai, užfiksavę elektronus „ stroboskopinėje šviesoje “

"Stroboskopinė lemputė, paprastai vadinama stroboskopu, yra prietaisas, naudojamas nuolatiniams šviesos blyksniams generuoti." „Pierre'o Agostini, Ferenco Krauszo ir Anne L'Huillier darbo metodai leido mokslininkams užfiksuoti neįmanomu greičiu judančių subatominių dalelių judesius.        Nobelio fizikos premija antradienį įteikta Pierre'ui Agostini, Ferencui Krauszui ir Anne L'Huillier už metodus, kurie apšviečia subatominę elektronų sritį, suteikiančią naują perspektyvą į anksčiau netyrinėtą sritį.        Elektronai juda milžinišku 43 mylių per sekundę greičiu. Dėl tokio greičio jų jau seniai neįmanoma tirti. Nauji eksperimentiniai metodai, kuriuos sukūrė trys mokslininkai-laureatai, naudoja trumpus šviesos impulsus, kad užfiksuotų elektrono judėjimą vienu momentu.        Pagalvokite apie didžiausiu greičiu besisukantį ventiliatorių: kiekviena mentė yra neryški. Bet jei nukreipsite blykstės lemputę į ventiliatorių, kiekviena blykstė apšvies sustingusią akimirką. Kai blyksniai trumpėja, atskleidžiama daugiau informacijos apie ventiliatorių.        Norėdami ištirti elektronų judėjimą, mokslininkai turėjo naudoti šviesos impulsus, kurie trunka tik atosekundžių skalėje; attosekundė yra viena kvintilijonoji sekundės dalis. Pasak Švedijos karališkosios mokslų akademijos, skiriančios Nobelio premijas, atosekundžių skaičius per vieną sekundę yra toks pat, kaip ir visų sekundžių, praėjusių nuo Visatos sprogimo prieš 13,8 milijardo metų, skaičius.        Nobelio fizikos komiteto pirmininkė Eva Olsson antradienį spaudos konferencijoje sakė, kad attosekundinis mokslas „leidžia mums spręsti esminius klausimus“, matuojant santykinę elektronų padėtį atome.        Kas yra nugalėtojai?        82 metų Pierre'as Agostini yra Ohajo valstijos universiteto profesorius emeritas. Jis įgijo išsilavinimą Prancūzijoje.        61 metų Ferencas Krauszas yra Maxo Plancko kvantinės optikos instituto Vokietijoje direktorius ir Miuncheno Ludwigo Maximiliano universiteto eksperimentinės fizikos profesorius. Jis gimė Vengrijoje.        65 metų Anne L'Huillier yra Lundo universiteto Švedijoje profesorė. Ji gimė Paryžiuje.        Dr. L'Huillier yra penktoji moteris, laimėjusi fizikos prizą. Paskutinė moteris, pripažinta šioje kategorijoje, buvo astrofizikė Andrea Ghez 2020 m.        Kodėl komisija pasakė, kad jie gavo prizą?        1987 m. daktarė L'Huillier padėjo pagrindus tyrimams elektronų lygmeniu, tyrinėdamas intensyvaus lazerio švytėjimo per tauriąsias dujas – bekvapes, bespalves, vieno atomo dujas, turinčias mažą cheminį reaktyvumą, poveikį. Ji atrado, kad lazeris suaktyvino dujas, todėl jos skleis šviesą specialiais dažniais.        Šviesa yra elektromagnetinė banga, kuriai būdingi keteros ir kritimai, kurių atstumai yra susiję su jos dažniu. Šios bangos sąveikauja viena su kita, kai jos keliauja, tampa intensyvesnės, kai keteros susiduria viena su kita, ir panaikina viena kitą, kai ketera sutampa su kritimu. Dr. L'Huillier darbas atskleidė, kad šios bangos gali tinkamai išsirikiuoti, kad būtų sukurti trumpi šviesos impulsai, kuriuos būtų galima panaudoti elektronams tirti.        Tačiau mokslininkai nebuvo tikri, kaip sujungti šias bangas ar išmatuoti tokius trumpus impulsus iki 2001 m., kai daktaras Agostini sėkmingai pademonstravo metodą, leidžiantį sukurti 250 atosekundžių trukmės šviesos impulsų seriją. Nepriklausomai, daktaras Krauszas naudojo kitą techniką, kad sukurtų vieną šviesos impulsą, trunkantį 650 atosekundžių. Vėlesnė pažanga leido pasiekti net kelių dešimčių atosekundžių impulsus šiandien.        Mokslininkai gali naudoti šią subatominę „strobo šviesą“, kad padarytų momentinę atomų veikimo nuotrauką. Poveikis nesukels tikrų vaizdų, bet atskleis informaciją apie santykines elektronų padėtis aplink atomą arba molekulėse ir kiek laiko reikia juos atitraukti nuo branduolio, su kuriuo jie yra susieti. Atosekundinė fizika taip pat leis mokslininkams išmatuoti elektronų, išsiskiriančių iš medžiagos, laiką, kai ją apšviečia šviesa. Albertas Einšteinas 1921 m. gavo Nobelio fizikos premiją už šio reiškinio, žinomo, kaip fotoelektrinis efektas, teorijos sukūrimą.        Prisijungimas prie itin greito elektronų judėjimo pasaulio taip pat gali lemti pažangą grandinių, vaistų projektavimo ir baterijų gamybai naudojamų medžiagų, taip pat neinvazinių diagnostikos priemonių medicinoje.        Louis DiMauro, Ohajo valstijos universiteto fizikas, daktaro L'Huillier darbą apibūdino, kaip "elegantiškų eksperimentų ir puikios teorijos" rinkinį, padėjusį elektronų judesio fiksavimo potencialą. Dr. Agostini ir Dr. Krausz tada laikėsi sudėtingo recepto, kad ši dešimtmečius trukusi svajonė taptų revoliucine realybe, sakė jis.        Šis atradimas atskleidžia fizines sistemas, kurios atsiranda per trumpą laiką, ir suteikia fizikams „naują įrankį mikroskopiniam pasauliui sutramdyti“, Ignacio Cirac, Maxo Plancko kvantinės optikos instituto teorinis fizikas ir daktaro Krauszo kolega. , rašė el. laiške.        Šie „stroboskopiniai elektronų vaizdai”  Makso Planko sudėtingų sistemų fizikos instituto direktoriaus Jan-Michael Rost teigimu, kaip šokėjai klube, „sužadino tyrėjų kūrybiškumą“ visame pasaulyje.        „Per visą istoriją fizika tobulėjo kiekvieną kartą, kai darome kvantinį tikslumo šuolį“, – sakė daktaras DiMauro. "Šiuo atveju kvantinis šuolis buvo šuolis į atosekundės laiko sritį."        Ką apie prizą kalbėjo laureatai?        Pasak Nobelio fondo, daktarė L'Huillier per paskaitą, kurią dėstė, buvo pertraukoje, kai suskambo jos telefonas. Ji priėmė skambutį kampe ir sužinojo naujienas.        „Labai džiaugiuosi gavusi šį prizą“, – sakė ji. "Tai neįtikėtina."        Tada naujoji laureatė vėl pradėjo dėstyti, nors „paskutinį mano paskaitos pusvalandį buvo šiek tiek sunku atlikti darbą“, – per paskelbimo ceremoniją sakė dr. L'Huillier.        „Kaip žinote, nėra tiek daug moterų, kurios gauna šį prizą“, – pridūrė ji. – "Taigi tai labai, labai ypatinga."        Daktaras Krauszas namuose ruošė fizikos paskaitas, kai sulaukė skambučio. „Tiesiog nebuvau tikras, ar sapnuoju, ar tai realybė“, – sakė jis. Pirmosios mintys buvo susijusios su daugybe draugų ir bendradarbių, kurie „tiesiogiai ar netiesiogiai prisidėjo prie to“, – sakė jis.        Nobelio fondas negalėjo susisiekti su Pierre'u Agostini, kuris pranešimo metu buvo Paryžiuje. Daktaras Agostini apie laimėjimą sužinojo iš jo dukters, kuri paskambino ir paklausė, ar ši žinia yra tiesa. „Maniau, kad tai kažkokia klaida, bet taip nėra“, – sakė jis ir pridūrė, kad pirmasis jo polinkis buvo slėptis nuo naujai įgytos šlovės.        „Kodėl jie nusprendė apdovanoti tokio pobūdžio tyrimus dabar, yra tarsi paslaptis“, – sakė daktaras Agostini, prieš daugiau, nei 20 metų vadovavęs eksperimentams, po kurių buvo gauta premija. Tačiau, pridūrė jis, „geriau vėliau, nei niekada“ [1]

 

1. 3 Scientists Who Captured Electrons in 'Strobe Light': [Foreign Desk]. Bubola, Emma; Miller, Katrina.  New York Times, Late Edition (East Coast); New York, N.Y.. 04 Oct 2023: A.9.  

3 Scientists Who Captured Electrons in 'Strobe Light'

 A strobe light, commonly called a stroboscope, is a device used to generate continuous flashes of light."

"Techniques resulting from the work of Pierre Agostini, Ferenc Krausz and Anne L'Huillier let scientists capture the motions of subatomic particles moving at impossible speeds.

The Nobel Prize in Physics was awarded to Pierre Agostini, Ferenc Krausz and Anne L'Huillier on Tuesday for techniques that illuminate the subatomic realm of electrons, providing a new perspective into a previously unexplored domain.

Electrons move at a whopping 43 miles a second. This speed has long made them impossible to study. The new experimental techniques created by the three scientist-laureates use short light pulses to capture an electron's movement at a single moment in time.

Think of a rotating fan at its highest speed: each blade is a blur. But if you point a strobe light at the fan, every flash will illuminate a frozen moment in time. As the flashes get shorter, more information about the fan is revealed.

To study the movement of electrons, the scientists had to use pulses of light that last only on the scale of attoseconds; an attosecond is one quintillionth of a second. The number of attoseconds in a single second is the same as the number of all the seconds that have elapsed since the universe burst into existence 13.8 billion years ago, according to the Royal Swedish Academy of Sciences, which awards the Nobel Prizes.

Eva Olsson, the chair of the Nobel Committee for Physics, said at a news conference on Tuesday that attosecond science "allows us to address fundamental questions" by measuring the relative positions of electrons in an atom.

Who are the winners?

Pierre Agostini, 82, is an emeritus professor at Ohio State University. He was educated in France.

Ferenc Krausz, 61, is director at the Max Planck Institute of Quantum Optics in Germany and a professor of experimental physics at Ludwig Maximilian University of Munich. He was born in Hungary.

Anne L'Huillier, 65, is a professor at Lund University in Sweden. She was born in Paris.

Dr. L'Huillier is the fifth woman to win the prize in Physics. The last woman to be recognized in the category was Andrea Ghez, an astrophysicist, in 2020.

Why did the committee say they were receiving the prize?

In 1987, Dr. L'Huillier laid the groundwork for investigation at the electron level by studying the effects of shining an intense laser through noble gases -- odorless, colorless, single-atom gases with low chemical reactivity. She discovered that the laser energized the gas, causing it to emit light at special frequencies.

Light is an electromagnetic wave, characterized by crests and dips whose distances relate to its frequency. These waves interact with each other as they travel, becoming more intense when the crests meet one another, and canceling each other out when a crest coincides with a dip. Dr. L'Huillier's work revealed the potential for these waves to line up just right, so as to create short pulses of light that could be used to study electrons.

But scientists were not sure how to combine these waves or measure such short pulses until 2001, when Dr. Agostini successfully demonstrated a method to produce a series of light pulses lasting 250 attoseconds. Independently, Dr. Krausz used a different technique to generate a single pulse of light, lasting 650 attoseconds. Subsequent advances have made it possible to achieve pulses as short as a few dozen attoseconds today.

Scientists can use this subatomic "strobe light" to take a snapshot of the inner workings of atoms. The effect won't produce actual images, but will reveal information about the relative positions of electrons around the atom or within molecules, and how much time it takes to pull them away from the nucleus they are bound to. Attosecond physics will also allow scientists to measure the timing of electrons being released from a material when light shines on it. Albert Einstein received the 1921 Nobel Prize in Physics for establishing the theory of this phenomenon, known as the photoelectric effect.

Accessing the ultrafast world of electron motion may also lead to advances in circuitry, drug design and the materials used for batteries, as well as noninvasive diagnostic tools in medicine.

Louis DiMauro, a physicist at Ohio State University, described Dr. L'Huillier's work as a suite of "elegant experiments and superb theory" that laid the foundation for the potential of electron motion capture. Dr. Agostini and Dr. Krausz then followed the challenging prescription to make this decades-long dream a revolutionary reality, he said.

The discovery sheds light on physical systems that occur at short time scales, and provides physicists with "a new tool to tame the microscopic world," Ignacio Cirac, a theoretical physicist at the Max Planck Institute of Quantum Optics and a colleague of Dr. Krausz, wrote in an email.

These "stroboscopic images of electrons, like of dancers in a club" have "sparked the creativity" of researchers around the world, according to Jan-Michael Rost, the director of the Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems.

"Physics, throughout history, has advanced every time we make a quantum leap in precision," Dr. DiMauro said. "In this case, the quantum leap was a jump into the attosecond time domain."

What did the laureates say about winning the prize?

Dr. L'Huillier was in the middle of a break during a class she was teaching when her phone rang, according to the Nobel Foundation. She took the call in a corner and learned the news.

"I am so happy to get this prize," she said. "It's incredible."

The new laureate then went back to her teaching, though "the last half-hour of my lecture was a bit difficult to do," Dr. L'Huillier said during the announcement ceremony.

"As you know, there are not so many women that get this prize," she added. "So it's very, very special."

Dr. Krausz was preparing physics lectures at his home when he got the call. "I just wasn't sure whether I'm dreaming or whether it's reality," he said. His first thoughts were with the many friends and collaborators who "have directly or indirectly contributed to this," he said.

The Nobel Foundation was unable to reach Pierre Agostini, who was in Paris at the time of the announcement. Dr. Agostini found out about the win from his daughter, who called to ask if the news was true. "I thought it was some kind of mistake, but it's not," he said, adding that his first inclination was to hide away from the newfound fame.

"Why they chose to award this kind of research now is sort of a mystery," said Dr. Agostini, who ran the experiments leading to the prize over 20 years ago. But, he added, it's "better late than never."" [1]

1. 3 Scientists Who Captured Electrons in 'Strobe Light': [Foreign Desk]. Bubola, Emma; Miller, Katrina.  New York Times, Late Edition (East Coast); New York, N.Y.. 04 Oct 2023: A.9.  

 

Rusija kovoja prieš išpuolius su gynyba, kuri yra „elastinga“

  „Kariniai analitikai teigia, kad Rusijos vadai naudojo taktiką, vadinamą „elastinga gynyba“, kad neleistų Ukrainai užimti kaimų ir kitų postų, kaip būsimų atakų vietos.

 

     Per apleistus laukus ir sugriautus kaimus Ukrainos kontrpuolimas susiduria su Rusijos minų laukais ir Rusijos kareiviais, įkastais į sudėtingus apkasų tinklus.

 

     Tačiau viena, neįprastai bauginanti, kliūtis Ukrainos kariuomenei yra Rusijos pajėgų pasirinkta taktika: užleisti žemę ir tada smogti atgal.

 

     Saugumo ekspertai teigia, kad užuot bet kokia kaina sulaikę apkasų liniją Ukrainos puolimo akivaizdoje, Rusijos vadai taikė ilgalaikę karinę taktiką, vadinamą „elastinga gynyba“.

 

     Vykdydami taktiką, Rusijos pajėgos traukiasi į antrąją pozicijų liniją, skatindamos Ukrainos karius žengti į priekį, o tada smogia atgal, kai priešingos pajėgos yra pažeidžiamos – judant per atvirą žemę arba atvykus į neseniai apleistas Rusijos pozicijas.

 

     Tikslas yra neleisti Ukrainos kariams iš tikrųjų užsitikrinti savo poziciją ir panaudoti ją, kaip bazę tolesnei pažangai. 

 

Būtent tai Ukrainai pavyko sėkmingai padaryti pietuose esančiame Robotynės kaime, kuris yra didžiausias pastarųjų savaičių proveržis.

 

     „Gynėjas pasiduoda, padarydamas kuo daugiau aukų užpuolikams, kad galėtų paruošti užpuolikus lemiamai kontratakai“, – sakė Tarptautinio strateginio instituto sausumos konfliktų tyrimų vyresnysis bendradarbis Benas Barry.

 

     Pasak Ukrainos pareigūnų ir karinių ekspertų, ši taktika yra tik vienas iš kelių veiksnių, trukdančių spartesnei pažangai. Jie taip pat nurodo, kad Maskva naudoja tankius minų laukus, apkasų tinklus ir tankų užtvaras bei šalies NATO sąjungininkų nenorą konflikto metu greičiau tiekti pažangius naikintuvus ir ilgesnio nuotolio ginklus.

 

     Bene grėsmingiausia Ukrainos problema yra didelės Rusijos artilerijos atsargos, kurios buvo dislokuotos viso konflikto metu ir ne mažiau svarbios, kad atremti birželį prasidėjusį kontrpuolimą.

 

     Elastinė gynyba nėra nauja strategija, sakė M. Barry. Sovietų Sąjunga ją panaudojo per savo laimėjimą prieš Vokietiją 1943 m. Kursko mūšyje, viename didžiausių Rytų fronte per Antrąjį pasaulinį konfliktą. 

 

Atrodo, kad Rusija taip pat jau kurį laiką taiko ją Ukrainoje, ypač siekdama trukdyti šios vasaros kontrpuolimui.

 

     „Istoriškai ji buvo naudojama labai sėkmingai, tačiau norint, kad ji pasisektų, reikia gero vadovavimo ir gerai apmokytų pajėgų bei duoti ryžtingų atsakomųjų smūgių“, – sakė J. Barry.

 

     Pasak ekspertų, sunku įvertinti, ar ta taktika kurią nors dieną buvo naudojama, jei nėra tiesioginės prieigos prie Rusijos vadų. Tačiau Vašingtone įsikūrusi organizacija „Institute for the Study of Conflict“ pastarosiomis dienomis pastebėjo jos požymius aplink Robotynės kaimą, kuris rugpjūčio pabaigoje atiteko Ukrainos pajėgoms.

 

     Kai kurie reikšmingi lauko įtvirtinimai kelis kartus keitė savininkus, sakoma šio savaitgalio pranešime, kuriame priduriama, kad Rusijos pajėgos „vykdė sėkmingas ribotas taktines kontratakas“.

 

     Konkuruojantys teiginiai šią savaitę iliustravo problemą: Rusijos pajėgos teigė surengusios Ukrainos karių puolimą fronto linijoje pietiniame Zaporožės regione, kur Kijevas surengė pagrindinę savo kontrpuolimo kryptį, o Ukrainos pajėgos teigė „atmušusios atakas “.

 

     Pirmadienį paskelbtoje ataskaitoje institutas teigė, kad geografinė vaizdo medžiaga ir palydoviniai vaizdai rodo, kad Ukraina atgavo apkasų sistemos, esančios į pietvakarius nuo Robotynės, kontrolę, kurią anksčiau prarado Rusijos kariams. Kitas kovų pirmyn ir atgal pobūdis buvo parodytas antradienį, kai Ukrainos pajėgų vadas pietuose generolas Oleksandras Tarnavskis pareiškė, kad jo kariai žengė į priekį. Patikrinti jo pranešimo nebuvo įmanoma.

 

     Pastaraisiais mėnesiais Ukrainos konfliktą sudarė mūšiai dėl mažų kaimų ir atskirų apkasų sistemų – varžybos, kurios gali trukti kelias savaites, o kiekviena šalis patiria daug aukų, kad užsitikrintų kontrolę. Tačiau apskritai konfliktas vyksta dėl fronto linijos, besidriekiančios šimtus mylių nuo nedidelio Kupiansko miesto šiaurės rytiniame Charkovo regione, kur Rusijos pajėgos bandė veržtis į priekį, iki Zaporožės regiono pietuose.

 

     Ukrainos pajėgos taip pat veržėsi į priekį rytinio regiono, Donecko, pietuose, kur kovos dėl Bakhmuto, vienos žiauriausių konflikto mūšių, nesiliauja nuo to laiko, kai Maskva gegužę perėmė miesto kontrolę.

 

     Ukrainos prezidentas Volodymyras Zelenskis antradienį aplankė karius netoli Kupiansko, kad išdalintų medalius ir apžiūrėtų karinę įrangą, įskaitant tankus Leopard, kuriuos padovanojo šalies NATO sąjungininkai Europoje.

 

     Jo Instagramo paskyroje buvo paskelbtas vaizdo įrašas, kuriame jis miške skėsčiojo rankomis su nedidele grupele karių, tarp kurių, atrodo, buvo vyresnio amžiaus vyrų – tai ženklas, kad konfliktas prispaudė Ukrainą.

 

     Karo ekspertai mano, kad Rusija sulėtino Ukrainos kariuomenę, iš dalies dėl Rusijos elastingos gynybos.

 

     Esminis sėkmingo taktikos įgyvendinimo veiksnys yra protingas karinių rezervų panaudojimas, kurie gali būti mesti į mūšį dėl kontratakos, sakė buvęs Ukrainos vadas, dabar einantis aukšto rango pareigūną ne pelno organizacijos Razumkovo centre, institute sostinėje Kijeve.

 

     Pasak P. Melnyko, Maskva, atrodo, pradėjo dislokuoti elitinius oro desantininkus jos gynybai Zaporožės regione.

 

     „Vienas didžiausių dalykų, dėl kurio lieka abejonių, yra tai, ar Ukrainos kariuomenė sugebės pasiekti proveržį“, – praėjusią savaitę transliuotoje „Konfliktas ant uolų“ sakė jis. Viena iš alternatyvų, anot jo, yra ta, kad „daugiausia tai, ką matome, yra tai, kaip šis puolimas vystysis nuo dabar iki, tarkime, įeisime į žiemą, o gal net per žiemą“." [1]

 

1. Russia Fights Advances With Defense That's 'Elastic': [Foreign Desk]. Bigg, Matthew Mpoke.  New York Times, Late Edition (East Coast); New York, N.Y.. 04 Oct 2023: A.6.