Njemački fizičari postigli izuzetnu stabilnost laserskih impulsa za kontrolu elektrona

Naučnici sa Instituta za fiziku Univerziteta u Oldenburgu razvili su laserski sistem koji generiše 200.000 svjetlosnih impulsa u sekundi sa izuzetnom stabilnošću, što otvara put ka preciznoj kontroli elektrona pomoću svjetlosti.

Istraživanje je sprovela grupa za atosekundnu mikroskopiju, koju vodi dr Jan Vogelsang, u saradnji sa timom nobelovke za fiziku An L'Hijije sa Univerziteta u Lundu u Švedskoj. Rezultati su objavljeni u naučnom časopisu „Applied Physics B - Lasers and Optics“.

Tokom eksperimenata, tačan položaj svjetlosnog talasa - infracrvene svjetlosti koja je nevidljiva ljudskom oku - ostao je izuzetno stabilan i tokom perioda od nekoliko sati. Takva stabilnost, koja proizilazi iz neprekidnog niza identičnih svjetlosnih impulsa, omogućava eksperimente sa kontrolom elektrona i predstavlja osnovno istraživanje koje bi jednog dana moglo dovesti do razvoja uređaja kao što su ultrabrzi tranzistori koji rade brzinom svjetlosti.

Katrin Majer, glavna autorka studije, objašnjava da je novina u radu potencijalno rekordna sličnost svih 200.000 laserskih impulsa u sekundi. Istraživači su uspjeli da kontrolišu stabilnost oscilacija električnog polja na širokom rasponu vremenskih skala, od mikrosekundi do više sati.

Ključni faktor je takozvana „carrier-envelope phase“ (CEP), veličina koja, zajedno sa drugim parametrima, određuje tačan oblik svjetlosnog talasa. „Impuls možete zamisliti kao kratak bljesak u kojem ima mjesta za samo nekoliko vrhova i dolina u oscilaciji elektromagnetnog polja. CEP određuje gdje se tačno nalaze ti vrhovi i doline unutar bljeska“, objasnila je Majer, koja je doktorantkinja u istraživačkoj grupi. „Bez stabilnog CEP-a, jedan impuls bi bio potpuno drugačiji od narednog, i kontrolisani eksperimenti koji koriste polja unutar impulsa bili bi nemogući.“

Kako je CEP izuzetno osjetljiv na promjene temperature, kretanje vazduha i najmanje vibracije, za njegovu stabilnost je neophodna pažljivo planirana laboratorijska postavka i izuzetno stabilni uslovi u laboratoriji za atosekundnu fiziku u Oldenburgu. Majer je istakla da je stabilnost CEP-a u sadašnjoj postavci ipak iznenadila tim istraživača, budući da minimalan pomak ove veličine može odrediti kako će elektroni reagovati na laserski impuls - slično kao što precizno usmjeren „gurnuti“ zamah odlučuje u kom pravcu će se klackalica zaljuljati.

Postignuta stabilnost otvara mogućnost izvođenja eksperimenata u kojima do sada nije bilo moguće zabilježiti nikakav mjerni signal, čime se stvara osnova za dalja istraživanja u oblasti precizne kontrole elektrona svjetlošću.