به گزارش خبرنگار علم و فناوری ایسکانیوز؛ روز سه شنبه گذشته برندگان جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۳ اعلام شد و سه دانشمند به نام‌های «آن لوئیلیه» (Anne L’Huillier)، «فرنس کراوس» (Ferenc Krausz) و «پیر آگوستینی» (Pierre Agostini) به طور مشترک این جایزه را از آن خود کردند.

آکادمی سلطنتی علوم سوئد این جایزه را برای روش‌های آزمایشی که پالس‌های آتوثانیه‌ای نور برای مطالعه دینامیک الکترون در ماده تولید می‌کنند، به این افراد اعطا کرد. آن لوئیلیه پنجمین زنی است که در تاریخ جایزه نوبل، نوبل فیزیک را به خود اختصاص داده است.

آن لوئیلیه در ۱۶ اوت ۱۹۵۸ در فرانسه به دنیا آمده و هم‌اکنون پروفسور فیزیک اتمی در دانشگاه لوند سوئد است. او در سال ۱۹۸۰ مدرک کارشناسی‌اش را در رشته ریاضیات از دانشگاه «اکول نرمال سوپریور» یا به فرانسوی «مدرسه عالی نرمال» در حومه پاریس گرفت.

در دوره کارشناسی ارشد مدرک دوگانه در فیزیک نظری و ریاضیات گرفت، اما دکتری خود را به فیزیک تجربی در دانشگاه پیر و «ماری کوری» تغییر داد. پایان‌نامه او در مورد یونیزاسیون چند فوتونی چندگانه در میدان‌های لیزری با شدت بالا بود و تحقیقاتش را در مرکز «کمیسیون انرژی‌های جایگزین و انرژی اتمی فرانسه» در نزدیکی پاریس انجام داد.

لوئیلیه در دوره فوق دکترا در موسسه فناوری «چالمرز» در سوئد و در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی در آمریکا شروع به تحقیق کرد و در سال ۱۹۸۶ یک موقعیت دائمی به عنوان محقق در کمیسیون انرژی‌های جایگزین و انرژی اتمی فرانسه به دست آورد.

بیشتر بخوانید:

اعلام برندگان جوایز نوبل فیزیک و پزشکی

در سال ۱۹۹۲ بود که در یک آزمایش در دانشگاه لوند مشارکت کرد؛ جایی که یکی از اولین سیستم‌های لیزر حالت جامد تیتانیوم یاقوت کبود برای پالس‌های فمتوثانیه در اروپا نصب شده بود. فمتوثانیه یک واحد یکا برابر با  ۱۰ به توان منفی ۱۵ ثانیه، یعنی یک میلیون میلیاردم ثانیه است. در واقع، نسبت یک فمتوثانیه به یک ثانیه مانند نسبت یک ثانیه است به ۳۱٫۷ میلیون سال.

لوئیلیه به سوئد نقل مکان کرد تا بتواند در این آزمایش شرکت کند و بعد از آن در دانشگاه لوند ماندگار شد. در سال ۱۹۹۵ به عنوان مدرس و در سال ۱۹۹۷ به عنوان استاد تمام فعالیتش را ادامه داد.

پژوهش‌ها

تحقیقات لوئیلیه شامل جنبه‌های تجربی و نظری تولید هارمونیک مرتبه بالا در گازها می‌شود که مربوط به یک پالس نور بسیار کوتاه در محدوده طیفی فرابنفش است که ده‌ها یا صدها آتوثانیه طول می‌کشد. لوئیلیه در سال ۱۹۸۷ برای اولین بار مشاهده کرد که گازهایی مانند آرگون با برانگیختگی و انتشار رنگ‌های اضافی از نور یا تون، در نوسانات چند برابر سریع‌تر، به لیزر واکنش نشان می‌دهند.

او در سال ۱۹۹۱ با همکاری دو دانشمند دیگر، شبیه‌سازی‌های عددی معادله شرودینگر وابسته به زمان را به منظور درک تولید ‌هارمونیک‌های مرتبه بالا ارائه کردند. آنها ابتدا شکل طیف ‌هارمونیک‌های مرتبه بالا و شرایط تطبیق فاز را پیش‌بینی کردند و در سال ۱۹۹۴ یک نظریه کوانتومی کامل از تولید هارمونیک مرتبه بالا ارائه کردند.

لوئیله از منابع آتوثانیه‌ای برای مطالعه دینامیک فوق سریع الکترون‌ها در سیستم‌های اتمی و مولکولی استفاده می‌کند. در سال ۲۰۰۳ گروه او رکورد جهانی کوتاه‌ترین پالس لیزر را شکست، که ۱۷۰ آتوثانیه طول کشید. این منابع آتوثانیه‌ای سریع‌ترین دوربین‌های جهان در نظر گرفته می‌شوند که از پالس‌های بسیار کوتاه نور برای اندازه‌گیری الکترون‌ها در حین حرکت یا تغییر انرژی استفاده می‌کنند. روش‌های لوئیله برای مطالعه و دستکاری الکترون‌ها با استفاده از نور، در زمینه اتوشیمی پیشگام بوده است، زیرا امکان مطالعه فرآیندهای الکترونیکی را در طی واکنش‌های شیمیایی فراهم می‌کند.

در سال ۲۰۱۰، فرنس کراوس در آلمان آزمایشی را انجام داد که در آن نشان داد که بین تئوری و نتایج تجربی در مورد تاخیر انتشار نور در اتم‌های نئون اختلاف وجود دارد. گروه تحقیقاتی لوئیلیه در دانشگاه لوند این مساله را در سال ۲۰۱۷ با برجسته کردن تجربی سهم الکترون‌های تکان دهنده حل کرد. این گروه با تصحیح این تاثیر، تطابق بسیار خوبی بین تئوری و نتایج تجربی به دست آوردند.

افتخارات و جوایز

لوئیلیه از سال ۲۰۰۴ به عضویت آکادمی علوم سوئد درآمد و بین سال‌های ۲۰۰۷ تا ۲۰۱۵ در کمیته نوبل فیزیک فعالیت کرد. در سال ۲۰۰۳، موفق به دریافت جایزه «جولیوس اسپرینگر» شد و در سال ۲۰۱۱ جایزه «اورآل -یونسکو» را از آن خود کرد. جایزه اورآل -یونسکو جایزه‌ای است که از سال ۱۹۹۸ با هدف بهبود موقعیت زنان در علم با شناسایی زنان محقق برجسته‌ای تاسیس شد که در پیشرفت علم نقش داشته‌اند. این جوایز حاصل همکاری شرکت لوازم آرایشی فرانسوی اورآل و سازمان آموزشی، علمی و فرهنگی ملل متحد یا یونسکو است و برای هر برنده مبلغ ۱۰۰ هزار دلار کمک هزینه در نظر گرفته شده است.

او در سال ۲۰۱۳ به جز جایزه تحقیقات «کارل زایس» و مدال «بلز پاسکال»، مدرک افتخاری از دانشگاه پیر و ماری کوری دریافت کرد. همچنین در سال ۲۰۱۸ به عنوان دانشیار خارجی آکادمی ملی علوم آمریکا انتخاب شد و یک سال بعد، جایزه جنبه‌های بنیادی الکترونیک کوانتومی و اپتیک را که توسط انجمن فیزیک اروپا برگزار شد، دریافت کرد.

در سال ۲۰۲۱ جایزه «ماکس بورن» را از سوی انجمن نوری آمریکا به دلیل کارهای تحقیقاتی پیشگام در علم لیزر فوق سریع و فیزیک آتوثانیه و درک تولید هارمونیک بالا و استفاده از آن در تصویربرداری با تفکیک زمانی از حرکت الکترون‌ها در اتم‌ها و مولکول‌ها دریافت کرد.

در سال ۲۰۲۲ نیز جایز «وولف» در فیزیک را به دلیل مشارکت پیشگامش در علم لیزر فوق سریع و فیزیک آتوثانیه به طور مشترک با فرنس کراوس و پل کورکوم از آن خود کرد.

برندگان جایزه نوبل فیزیک امسال چه دستاوردی داشته‌اند؟

سه دانشمند برنده جایزه نوبل فیزیک امسال امکان دیدن حرکت الکترون‌ها را ممکن کردند و ابزارهای جدیدی برای کاوش در دنیای الکترون‌های درون اتم‌ها و مولکول‌ها به بشریت تقدیم کرده‌اند.

در زندگی روزمره با فرآیندهایی آشنا هستیم که آنقدر سریع اتفاق می‌افتند که نمی‌توانیم به طور کامل آنها را مشاهده کنیم. به عنوان مثال، وقتی گلوله‌ای به یک سیب شلیک می‌شود، ما نتیجه را می‌بینیم -سیبی که له شده - اما نمی‌توانیم کل فرآیند را که به زحمت چند میلی‌ثانیه طول می‌کشد، ثبت کنیم. با کمک دوربینی که سرعت شاتر بسیار بالایی دارد، فقط می‌توان هر مرحله گلوله را دید که سیب را سوراخ می‌کند و از آن خارج می‌شود و در این راه سیب را از بین می‌برد.

اما بسیاری از فرآیندهای دیگر در کیهان وجود دارند که به‌طور باورنکردنی سریع‌تر هستند، به خصوص در سطوح اتمی و زیر اتمی. اتم‌ها یا مولکول‌ها حرکات یا تغییراتی ایجاد می‌کنند که فقط چند پیکوثانیه (یک تریلیونم ثانیه یا ۱۰ به توان منفی ۱۲ ثانیه) یا فمتوثانیه (۱۰ به توان منفی ثانیه) طول می‌کشد. دانشمندان راه‌های خلاقانه‌ای برای مشاهده این فرآیندها با استفاده از پالس‌های کوتاه نور غیرقابل تصور، مشابه استفاده از دوربین‌های با سرعت شاتر بسیار بالا پیدا کردند. اما سپس به یک مانع برخورد کردند؛ فرآیندهایی بودند که حتی سریع‌ترند و در عرض چند آتوثانیه (هزارم فمتوثانیه) اتفاق می‌افتند؛ مثل حرکت الکترون‌ها در اتم. برای مدت طولانی، عکاسی فمتوثانیه محدودیت در نظر گرفته می‌شد. تولید پالس‌های کوتاه‌تر نور، در محدوده آتوثانیه، ممکن به نظر نمی‌رسید. تا زمانی که آثار پیر آگوستینی، فرنس کراوس و آن لوئیلیه این امکان را فراهم کردند.

علم آتوثانیه

برای مشاهده هر فرآیند، باید اندازه‌گیری با سرعتی سریع‌تر از نرخ تغییر انجام شود. اینگونه است که تصاویر واضحی از اجسام متحرک ایجاد می‌شود. برای مثال با کمک شاتری که سریع‌تر از حرکتی که ثبت می‌شود، باز و بسته می‌شود. اما محدودیتی برای سرعت شاتر وجود دارد.

پالس‌های نور، تنها ابزار قابل قبول برای ثبت فرآیندها در سطح اتمی، نمی‌توانند به طور نامحدود کوتاه‌تر شوند. نور از امواج یا ارتعاشات میدان الکترومغناطیسی تشکیل شده است. کوتاه‌ترین پالس ممکن باید حداقل یک سیکل، معادل طول موج آن است. برای همه انواع نور تولید شده توسط سیستم‌های لیزری، این چرخه حداقل چند فمتوثانیه طول می‌کشد تا کامل شود. این بیشتر از حرکت زیر اتمی بود که در عرض چند ثانیه اتفاق می‌افتاد. بنابراین دانشمندان قادر به مشاهده حرکت الکترون‌ها با فناوری‌های موجود نبودند.

پالس‌های فمتوثانیه دانشمندان را قادر می‌سازد تا فرآیندهایی را که در سطح اتمی یا مولکولی اتفاق می‌افتند مشاهده کنند. اما زمانی که فرد به سمت پایین‌تر، در سطح زیر اتمی حرکت می‌کند، همه چیز حتی سریع‌تر اتفاق می‌افتد. برای مثال، دینامیک الکترون ۱۰۰ تا هزار برابر سریع‌تر از اتم است. بسیاری از آن به اینرسی مربوط می‌شود. اتم به دلیل هسته سنگین‌تر است و اینرسی بیشتری دارد.

آگوستینی، کراوس و لوئیلیه با کار مستقل، روش‌های نوآورانه‌ای را توسعه دادند، معمولاً با اختلاط نورهایی با طول موج‌های مختلف، برای تولید پالس‌های آتوثانیه‌ای، که به گفته کمیته جایزه نوبل، پنجره‌هایی را برای کشف پدیده‌هایی باز می‌کند که قبلاً مشاهده آنها غیرممکن بود.

به طور کلی باید گفت که این سومین جایزه نوبل در سه دهه اخیر است که بر مزایای بالقوه علم تاکید دارد.

کاربرد

علم آتوثانیه کاربردهای بالقوه‌ای در زمینه‌های مختلف دارد، از الکترونیک گرفته تا پزشکی، در رشته‌های فیزیک، شیمی و زیست شناسی. یکی از حوزه‌های فعال تحقیقاتی با استفاده از این فناوری، در علم پزشکی، به ویژه در یافتن روش‌های درمانی برای مراقبت از سرطان است.

پنج زنی که جایزه نوبل فیزیک را گرفته‌اند

قبل از آن لوئیلیه، زنی که اخیرا به عنوان برنده جایزه نوبل فیزیک شناخته شده است، «آندریا گز» (Andrea Ghez)، اخترفیزیکدان آمریکایی در دانشگاه کالیفرنیا بود که در سال ۲۰۲۰ این جایزه را برای کارش در کشف یک سیاه‌چاله کلان پرجرم در مرکز کهکشان راه شیری دریافت کرد.

آندریا گز

گز هنگام اهدای جایزه گفت: من مسئولیت مربوط به چهارمین زن برنده جایزه نوبل را بسیار جدی می‌گیرم. امیدوارم بتوانم الهام‌بخش زنان جوان دیگر به این رشته باشم.

جایزه او ۲ سال پس از اعلام «دونا استریکلند» (Donna Strickland)، استاد کانادایی دانشگاه واترلو، به عنوان یکی از برندگان جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۱۸ به دست آمد.

دونا استریکلند

استریکلند در جریان دریافت جایزه نوبل گفت: فقط سه زن فیزیکدان در جایزه نوبل برنده شده‌اند؟ فکر می‌کردم تعداد زنان در این جایزه بیشتر باشد. با این حال امیدواریم زنان به مرور زمان و با سرعت بیشتری در علم پیشرفت کنند.

فاصله بین استریکلند و زن قبلی برنده جایزه نوبل فیزیک به بیش از ۵۵ سال قبل باز می‌گردد. «ماریا گوپرت مایر»، دانشمند آلمانی، که در سال ۱۹۶۳ برنده این جایزه شد، به آمریکا مهاجرت کرد و در طول جنگ جهانی دوم در پروژه منهتن کار کرد و در دانشگاه کالیفرنیا در سن‌دیگو تدریس کرد. او در نهایت به دلیل مشارکت در اکتشافات مربوط به سازه‌های پوسته هسته‌ای به عنوان برنده جایزه نوبل شناخته شد.

ماریا گوپرت مایر

ماری کوری هم اولین زنی بود که برنده این جایزه شد. کوری که در سال ۱۹۰۳ در کنار همسرش پیر به دلیل کارشان در مورد تشعشعات شناخته شد، بعداً در سال ۱۹۱۱ به دلیل کشف رادیوم و پولونیوم برنده جایزه نوبل شیمی شد و او را به اولین کسی تبدیل کرد که دو جایزه نوبل دریافت کرد.

ماری کوری

انتهای پیام/