በጥቅምት 3፣ 2023 ምሽት ላይ በወጣው አንድ ትልቅ ማስታወቂያ፣ የ2023 የፊዚክስ የኖቤል ሽልማት ይፋ ሆኗል፣ ይህም በአቶሴኮንድ ሌዘር ቴክኖሎጂ ዘርፍ ውስጥ እንደ አቅኚዎች ወሳኝ ሚና የተጫወቱ ሶስት ሳይንቲስቶች ላበረከቱት የላቀ አስተዋጽኦ እውቅና ሰጥቷል።

"አቶሴኮንድ ሌዘር" የሚለው ቃል ስሙን ያገኘው በተለይም በአቶሴኮንድ ቅደም ተከተል ከ10^-18 ሰከንዶች ጋር በሚዛመደው በአቶሴኮንድ ቅደም ተከተል ነው። የዚህን ቴክኖሎጂ ጥልቅ ጠቀሜታ ለመረዳት አቶሴኮንድ ምን ማለት እንደሆነ መሠረታዊ ግንዛቤ እጅግ በጣም አስፈላጊ ነው። አቶሴኮንድ እንደ እጅግ በጣም ደቂቃ የጊዜ አሃድ ሲሆን በአንድ ሰከንድ ሰፊ አውድ ውስጥ አንድ ቢሊዮንኛ የሰከንድ አንድ ቢሊዮንኛ ይይዛል። ይህንን ወደ አንድ እይታ ለማስቀመጥ፣ አንድ ሰከንድ ከፍ ካለ ተራራ ጋር ብናወዳድረው፣ አቶሴኮንድ በተራራው ግርጌ ላይ ከተተከለ አንድ የአሸዋ ቅንጣት ጋር ይመሳሰላል። በዚህ አጭር የጊዜ ክፍተት፣ ብርሃን እንኳን ከአንድ አቶም መጠን ጋር እኩል የሆነ ርቀት ማለፍ አይችልም። የአቶሴኮንድ ሌዘሮችን በመጠቀም፣ ሳይንቲስቶች በአቶሚክ መዋቅሮች ውስጥ ያሉትን ውስብስብ የኤሌክትሮኖች ተለዋዋጭነት ለመመርመር እና ለመቆጣጠር ታይቶ የማይታወቅ ችሎታ ያገኛሉ፣ ይህም በሲኒማ ቅደም ተከተል ውስጥ ከክፈፍ-በ-ፍሬም ዘገምተኛ እንቅስቃሴ መልሶ ማጫወት ጋር ተመሳሳይ ነው፣ በዚህም ወደ መስተጋብራቸው ውስጥ ይገባሉ።

የአቶሰኮንድ ሌዘሮችየሳይንስ ሊቃውንት ሰፊ ምርምር እና የተቀናጀ ጥረትን የሚያጠቃልሉ ሲሆን እነዚህም እጅግ በጣም ፈጣን ሌዘሮችን ለመፍጠር መስመራዊ ያልሆኑ ኦፕቲክስን መርሆች ተጠቅመውበታል። የእነሱ መምጣት በአቶሞች፣ ሞለኪውሎች እና በጠጣር ቁሶች ውስጥ እንኳን በኤሌክትሮኖች ውስጥ የሚከሰቱ ተለዋዋጭ ሂደቶችን ለመመልከት እና ለመመርመር አዲስ እይታ ሰጥቶናል።

የአቶሴኮንድ ሌዘሮችን ባህሪ ግልጽ ለማድረግ እና ከባህላዊ ሌዘሮች ጋር ሲነጻጸር ያልተለመዱ ባህሪያቸውን ለማድነቅ፣ በሰፊው "የሌዘር ቤተሰብ" ውስጥ ያላቸውን ምደባ መመርመር አስፈላጊ ነው። በሞገድ ርዝመት መመደብ የአቶሴኮንድ ሌዘሮችን በዋናነት በአልትራቫዮሌት ክልል ውስጥ እስከ ለስላሳ የኤክስሬይ ድግግሞሾች ክልል ውስጥ ያስቀምጣል፣ ይህም ከባህላዊ ሌዘሮች በተቃራኒ አጭር የሞገድ ርዝመታቸውን ያሳያል። በውጤት ሁነታዎች ረገድ፣ የአቶሴኮንድ ሌዘሮች እጅግ በጣም አጭር በሆነ የልብ ምት ቆይታቸው በሚታወቀው የልብ ምት የተለጠፉ ሌዘሮች ምድብ ስር ይወድቃሉ። ግልጽነትን ለማሳየት ምሳሌ ለመሳል፣ ቀጣይነት ያለው የብርሃን ጨረር ከሚያወጣ የእጅ ባትሪ ጋር ተመሳሳይ የሆነ ቀጣይነት ያለው የብርሃን ጨረር ከሚያወጣ መብራት ጋር ተመሳሳይ የሆነ ቀጣይነት ያለው የሞገድ ሌዘሮችን መገመት ይቻላል፣ የልብ ምት የተለጠፉ ሌዘሮች ደግሞ በፍጥነት በብርሃን እና በጨለማ ጊዜያት መካከል የሚለዋወጥ የስትሮብ ብርሃን ይመስላሉ። በመሠረቱ፣ የአቶሴኮንድ ሌዘሮች በብርሃን እና በጨለማ ውስጥ የመምታት ባህሪ ያሳያሉ፣ ነገር ግን በሁለቱ ሁኔታዎች መካከል የሚያደርጉት ሽግግር በሚያስደንቅ ድግግሞሽ ይከሰታል፣ ወደ አቶሴኮንድ ዓለም ይደርሳል።

ተጨማሪ በሃይል መመደብ ሌዘሮችን ወደ ዝቅተኛ ኃይል፣ መካከለኛ ኃይል እና ከፍተኛ ኃይል ቅንፎች ያስቀምጣቸዋል። የአቶሴኮንድ ሌዘሮች እጅግ በጣም አጭር በሆነ የልብ ምት ቆይታቸው ምክንያት ከፍተኛ ከፍተኛ ኃይል ያገኛሉ፣ ይህም ከፍተኛ ከፍተኛ ኃይል (P) ያስከትላል - ይህም በአንድ አሃድ ጊዜ የኃይል ጥንካሬ ተብሎ ይገለጻል (P=W/t)። ምንም እንኳን የግለሰብ የአቶሴኮንድ ሌዘር ህዋሶች እጅግ በጣም ትልቅ ኃይል (W) ላይኖራቸው ቢችልም፣ አጭር የጊዜ መጠን (t) ከፍ ያለ ከፍተኛ ኃይል ይሰጣቸዋል።

በአተገባበር ዘርፎች፣ ሌዘሮች የኢንዱስትሪ፣ የህክምና እና የሳይንሳዊ አፕሊኬሽኖችን የሚያጠቃልሉ የተለያዩ ስፔክትረምን ያጠቃልላሉ። የአቶሴኮንድ ሌዘሮች በዋናነት በሳይንሳዊ ምርምር መስክ ውስጥ ቦታቸውን ያገኛሉ፣ በተለይም በፊዚክስ እና ኬሚስትሪ ዘርፎች ውስጥ በፍጥነት የሚለዋወጡ ክስተቶችን በመፈለግ፣ ይህም በማይክሮኮስሚክ ዓለም ፈጣን ተለዋዋጭ ሂደቶች ውስጥ መስኮት ይሰጣል።

በሌዘር መካከለኛ መመደብ ሌዘሮችን እንደ ጋዝ ሌዘር፣ ሶልድ-ስቴት ሌዘር፣ ሊኩዊድ ሌዘር እና ሴሚኮንዳክተር ሌዘር ይገልፃል። የአቶሴኮንድ ሌዘር ትውልድ በተለምዶ በጋዝ ሌዘር ሚዲያ ላይ የተንጠለጠለ ሲሆን ከፍተኛ ደረጃ ያላቸው ሃርሞኒክስን ለመፍጠር መስመራዊ ያልሆኑ የኦፕቲካል ውጤቶችን ይጠቀማል።

በአጠቃላይ፣ የአቶሴኮንድ ሌዘሮች ልዩ የአጭር-ምት ሌዘሮች ክፍል ሲሆኑ፣ በተለምዶ በአቶሴኮንድ የሚለኩ እጅግ በጣም አጭር የልብ ምት ቆይታዎቻቸው ተለይተው ይታወቃሉ። በዚህም ምክንያት፣ በአቶሴኮንድ፣ ሞለኪውሎች እና በጠጣር ቁሶች ውስጥ ያሉትን እጅግ በጣም ፈጣን የኤሌክትሮኖች ተለዋዋጭ ሂደቶችን ለመመልከት እና ለመቆጣጠር አስፈላጊ መሳሪያዎች ሆነዋል።

የአቶሴኮንድ ሌዘር ማመንጫ ውስብስብ ሂደት

የአቶሴኮንድ ሌዘር ቴክኖሎጂ በሳይንሳዊ ፈጠራ ግንባር ቀደም ሆኖ ለትውልዱ እጅግ በጣም ጥብቅ የሆኑ ሁኔታዎችን ያቀርባል። የአቶሴኮንድ ሌዘር ትውልድ ውስብስብነትን ለማብራራት፣ መሰረታዊ መርሆቹን በአጭሩ በማብራራት እንጀምራለን፣ ከዚያም ከዕለት ተዕለት ልምዶች የተገኙ ግልጽ ዘይቤዎችን እንከተላለን። በተዛማጅ ፊዚክስ ውስብስብነት ውስጥ የተካኑ አንባቢዎች ተስፋ መቁረጥ የለባቸውም፣ ምክንያቱም የሚከተሉት ዘይቤዎች የአቶሴኮንድ ሌዘሮችን መሰረታዊ ፊዚክስ ተደራሽ ለማድረግ ያለሙ ናቸው።

የአቶሴኮንድ ሌዘር የማመንጨት ሂደት በዋናነት ከፍተኛ ሃርሞኒክ ጀነሬሽን (HHG) በመባል በሚታወቀው ቴክኒክ ላይ የተመሰረተ ነው። በመጀመሪያ፣ ከፍተኛ-ጥንካሬ ፌምቶሴኮንድ (10^-15 ሰከንዶች) የሌዘር ህዋሳት ጨረር በጋዝ ኢላማ ቁሳቁስ ላይ በጥብቅ ያተኩራል። ከአቶሴኮንድ ሌዘር ጋር ተመሳሳይ የሆኑ የፌምቶሴኮንድ ሌዘሮች የአጭር ጊዜ የልብ ምት ቆይታ እና ከፍተኛ ከፍተኛ ኃይል የመያዝ ባህሪያትን እንደሚጋሩ ልብ ሊባል ይገባል። በጠንካራው የሌዘር መስክ ተጽዕኖ ስር፣ በጋዝ አቶሞች ውስጥ ያሉ ኤሌክትሮኖች ለጊዜው ከአቶሚክ ኒውክሊየሳቸው ይለቀቃሉ፣ ለጊዜውም ቢሆን ወደ ነፃ ኤሌክትሮኖች ሁኔታ ይገባሉ። እነዚህ ኤሌክትሮኖች ለሌዘር መስክ ምላሽ ሲወዛወዙ፣ በመጨረሻ ወደ ወላጅ አቶሚክ ኒውክሊየሳቸው ይመለሳሉ እና እንደገና ይዋሃዳሉ፣ ይህም አዳዲስ ከፍተኛ የኃይል ሁኔታዎችን ይፈጥራል።

በዚህ ሂደት ውስጥ፣ ኤሌክትሮኖች እጅግ በጣም ከፍተኛ በሆነ ፍጥነት ይንቀሳቀሳሉ፣ እና ከአቶሚክ ኒውክሊየስ ጋር ሲዋሃዱ፣ ከፍተኛ የሃርሞኒክ ልቀት መልክ ተጨማሪ ኃይል ይለቃሉ፣ ይህም እንደ ከፍተኛ ኃይል ያላቸው ፎቶኖች ይገለፃሉ።

የእነዚህ አዲስ የተፈጠሩ ከፍተኛ ኃይል ያላቸው ፎቶኖች ድግግሞሽ የመጀመሪያው የሌዘር ድግግሞሽ ኢንቲጀር ብዜቶች ሲሆኑ፣ ከፍተኛ ደረጃ ያላቸው ሃርሞኒክስ የሚባሉትን ይፈጥራሉ፣ እዚያም "ሃርሞኒክስ" የመጀመሪያው ድግግሞሽ ዋና ዋና ብዜቶችን የሚያመለክቱ ድግግሞሾችን ያመለክታል። የአቶሴኮንድ ሌዘሮችን ለማግኘት፣ እነዚህን ከፍተኛ ደረጃ ያላቸው ሃርሞኒክስን ማጣራት እና ማተኮር፣ የተወሰኑ ሃርሞኒክስን መምረጥ እና ወደ የትኩረት ነጥብ ማተኮር አስፈላጊ ይሆናል። ከተፈለገ፣ የ pulse compression ቴክኒኮች የ pulse ቆይታን የበለጠ ሊያሳጥሩት ይችላሉ፣ ይህም በአቶሴኮንድ ክልል ውስጥ እጅግ በጣም አጭር ምቶች እንዲፈጠሩ ያደርጋል። በግልጽ ለማየት እንደሚቻለው የአቶሴኮንድ ሌዘሮች ትውልድ የተራቀቀ እና ባለብዙ ገጽታ ሂደት ሲሆን ከፍተኛ የቴክኒክ ችሎታ እና ልዩ መሳሪያዎችን ይጠይቃል።

ይህንን ውስብስብ ሂደት ግልጽ ለማድረግ፣ በዕለት ተዕለት ሁኔታዎች ላይ የተመሠረተ ዘይቤያዊ ትይዩ እናቀርባለን፡

ከፍተኛ-ጥንካሬ Femtosecond ሌዘር ፐልስ፡

ከፍተኛ ኃይለኛ የፌምቶሴኮንድ ሌዘር pulses ከሚጫወተው ሚና ጋር ተመሳሳይ በሆነ መልኩ ድንጋይ በፍጥነት በከፍተኛ ፍጥነት የመወርወር ችሎታ ያለው እጅግ በጣም ኃይለኛ ካታፑልት ያለው ኢንቪዥን አለው።

ጋዝ የተቀመጠበት ቁሳቁስ፡

እያንዳንዱ የውሃ ጠብታ ስፍር ቁጥር የሌላቸውን የጋዝ አቶሞች የሚወክልበት የጋዝ ኢላማውን ቁሳቁስ የሚወክል የተረጋጋ የውሃ አካል በዓይነ ሕሊናህ ተመልከት። ድንጋዮችን ወደዚህ የውሃ አካል የመሳብ ተግባር ከፍተኛ ኃይለኛ የፌምቶሴኮንድ ሌዘር ምቶች በጋዝ ኢላማው ቁሳቁስ ላይ ያላቸውን ተጽእኖ በተመሳሳይ መልኩ ያንፀባርቃል።

የኤሌክትሮን እንቅስቃሴ እና ዳግም ውህደት (በአካላዊ ደረጃ የሚደረግ ሽግግር):

የፌምቶሴኮንድ ሌዘር pulses በጋዝ ኢላማው ቁሳቁስ ውስጥ ባለው የጋዝ አቶሞች ላይ ተጽዕኖ ሲያሳድሩ፣ ከፍተኛ ቁጥር ያላቸው ውጫዊ ኤሌክትሮኖች ከየራሳቸው አቶሚክ ኒውክሊየስ የሚለዩበት ሁኔታ ላይ ለጊዜው ይጓዛሉ፣ ይህም ፕላዝማ የሚመስል ሁኔታ ይፈጥራሉ። የስርዓቱ ኃይል በመቀጠል እየቀነሰ ሲሄድ (የሌዘር pulses በተፈጥሯቸው የሚወዛወዙ በመሆናቸው የማቆም ክፍተቶችን ስለሚያሳዩ)፣ እነዚህ ውጫዊ ኤሌክትሮኖች ወደ አቶሚክ ኒውክሊየስ አቅራቢያቸው ይመለሳሉ፣ ከፍተኛ ኃይል ያላቸውን ፎቶኖች ይለቃሉ።

ከፍተኛ የሃርሞኒክ ትውልድ;

የውሃ ጠብታ ወደ ሐይቁ ወለል ሲመለስ፣ ልክ በአቶሴኮንድ ሌዘር ውስጥ እንደ ከፍተኛ ሃርሞኒክስ ሞገዶች ይፈጥራል። እነዚህ ሞገዶች በዋናው ፌምቶሴኮንድ ሌዘር ምት ምክንያት ከሚመጡት የመጀመሪያዎቹ ሞገዶች የበለጠ ከፍተኛ ድግግሞሽ እና ስፋት አላቸው። በHHG ሂደት ወቅት፣ ድንጋዮችን ያለማቋረጥ ከመወርወር ጋር የሚመሳሰል ኃይለኛ የሌዘር ጨረር፣ የሐይቁን ወለል የሚመስል የጋዝ ኢላማን ያበራል። ይህ ኃይለኛ የሌዘር መስክ ኤሌክትሮኖችን በጋዝ ውስጥ ከሞገዶች ጋር ተመሳሳይ በሆነ መልኩ ከወላጅ አቶሞች ያርቃል እና ከዚያም ይጎትታቸዋል። አንድ ኤሌክትሮን ወደ አቶም በሚመለስበት በእያንዳንዱ ጊዜ፣ የበለጠ ውስብስብ የሞገዶች ቅጦች ያለው አዲስ የሌዘር ጨረር ያመነጫል።

ማጣሪያ እና ማተኮር፡

እነዚህን አዲስ የተፈጠሩ የሌዘር ጨረሮችን ማዋሃድ የተለያዩ ቀለሞችን (ድግግሞሾችን ወይም የሞገድ ርዝመቶችን) ያስገኛል፣ ከእነዚህም ውስጥ አንዳንዶቹ የአቶሴኮንድ ሌዘርን ይመሰርታሉ። የተወሰኑ የሞገድ መጠኖችን እና ድግግሞሾችን ለመለየት፣ የሚፈለጉትን ሞገድ ከመምረጥ ጋር የሚመሳሰል ልዩ ማጣሪያ መጠቀም እና በተወሰነ ቦታ ላይ ለማተኮር የማጉያ መነጽር መጠቀም ይችላሉ።

የልብ ምት መጭመቂያ (አስፈላጊ ከሆነ):

ሞገዶችን በፍጥነት እና በአጭር ጊዜ ውስጥ ለማሰራጨት ካሰቡ፣ ልዩ መሣሪያን በመጠቀም የእነሱን ስርጭት ማፋጠን ይችላሉ፣ ይህም የእያንዳንዱ ሞገዶች የሚቆይበትን ጊዜ ይቀንሳል። የአቶሴኮንድ ሌዘር ማመንጨት ውስብስብ የሂደቶችን መስተጋብር ያካትታል። ሆኖም ግን፣ ሲሰበር እና ሲታይ፣ የበለጠ ለመረዳት የሚቻል ይሆናል።