1999-ben Ahmed H. Zewail egyiptomi tudós kapta a kémiai Nobel-díjat, mert egy „időnagyítón” keresztül sikerrel figyelt meg atomokat és molekulákat reakció közben. Mivel ezek a folyamatok nagyon gyorsan zajlanak le, Zewail néhány femtoszekundumos lézerimpulzusokat alkalmazott. Egy femtoszekundum (10^–15 másodperc) úgy aránylik a teljes másodperchez, ment egy másodperc 32 millió évhez. A modern kutatás számára ez az időtartam azonban túl hosszú. A legrövidebb lézerimpulzusok ezzel szemben az attoszekundum (10^-18 másodperc), a másodperc milliárdod része milliárdod részének dimenziójában mozognak.

Akkor még nem gondoltuk volna, hogy 2023-ban Krausz Ferenc fizikusnak és kutatótársainak, Pierre Agostini-nek és Anne L’Huillier-nek ítéli oda a Svéd Királyi Tudományos Akadémia a Nobel-díjat az attoszekundumos fényimpulzusok kutatásáért. Krausz az ultragyors lézertudomány megalapítója, kutatócsoportjával 2001-ben a világon elsőként sikerült létrehoznia és megmérnie az attoszekundumos fényimpulzust, amely lehetővé teszi az elektronok viselkedésének valós időben történő megfigyelését. Krausz és társai úttörő munkásságának eredményeit világszerte több tudományos intézményben hasznosítják, többek között a szegedi ELI-ALPS (Extreme Light Infrastructure Attosecond Light Pulse Source) Lézeres Kutatóközpontban, ahol az attoszekumdumos lézerimpulzusok rutinszerű előállítására és azok gyakorlati alkalmazására fókuszálnak, melynek során több ponton gázok is segítenek.

Európai hálózati projekt

Szegeden, a dél-magyarországi egyetemi városban, 2017 májusában avatták fel az Extreme Light Infrastructure Attosecond Light Pulse Source-ot (ELI-ALPS). A kutatóintézet egy európai hálózati projekt része. Feladatát már neve is magában hordozza. Olyan ultrarövid fényimpulzusokkal dolgozó berendezésekről van szó, amelyek segítségével a tudomány még mélyebben beleláthat a (szub)atomi síkon zajló folyamatokba.

Az ELI-ALPS lézerimpulzusai nem csak extrém rövidek, de ezenkívül extrém magas frekvenciát is mutatnak. Ilyen módon az atomokban és molekulákban zajló folyamatokat úgy veszik fel, mintha egy extrém nagysebességű kamera végezné. A magyar Lézerkutató Központ a világ legsűrűbb és egyidejűleg legrövidebb lézerimpulzusainak előállítására képes.

Felharmonikusok

A nagyteljesítményű lézerekkel történő első kísérletekre már 2018-ban sor került. Ennek során az úgynevezett GHHG-lézert alkalmazták, amely az eszköztár központi elemét képezi. A betűszó a Gas High Harmonic Generation rövidítése. Igy nevezik azt a bevett módszert, amelynek keretén belül az extrém ultraibolya tartományban attoszekundumnyi impulzusok kerülnek előállításra.

Ezen eljárás során a primér lézer sugarait egy nemesgázzal (mint a hélium, argon, neon és kripton) töltött kamrába vezetik be. A primér löket arra ösztönzi a gázt, hogy a magas harmonikus irányba mozduljon el. Ezeket a fényhullámokat úgy kell elképzelni, mint a felharmonikusokat: Amennyiben a primér lézer szolgáltatja az alaphangot, olyan magasabb frekvenciák is keletkeznek, amelyek ismételten lehetővé teszik a lökéseket.

Gázok fő és mellékszerepben

Az ELI-ALPS ehhez olyan nemesgázokat használ, mint a hélium, argon, neon és a kripton. Ezek egyidejűleg a megfigyelés tárgyai is, hiszen ezeknél az elemeknél relatív egyszerű az egyes elektronok mozgásának megfigyelése.

Mivel az attoszekundumos impulzusok a normál levegőben elnyelődnének, a kísérletekre vákuumkamrákban kerül sor. Mielőtt azonban a kamrában egy új kísérlethez vákuumot állítanak elő, azt a zavaró páratartalom eltávolítása érdekében átöblítik nitrogénnel. Sokkal fontosabb azonban a levegőben ugyancsak megtalálható összes szennyező részecskenyom (pl. szénhidrogének, olaj) eltüntetése. Ezek molekuláit a lézerimpulzus az optikára égetné és tönkretenné azt.

A berendezések tömítettségének ellenőrzése kapcsán a szivárgási helyek keresésére ellenőrző gázként héliumot alkalmaznak. Mivel a nagyon apró héliumatomok a legkisebb résbe is beférnek, ez a gáz különösen alkalmas erre a feladatra. A hatalmas ráfordítás a legmagasabb szinten szolgálja ki az alaptudományt. Az ELI-ALPS nem csak a kémiában, hanem a fizikában, orvostudományban, biológiában és az anyagtudományokban is új ismereteket hozhat. A kutatóközpont kiemelt partnere a Messer Hungarogáznak, a kutatásaikhoz szükséges nagytisztaságú különleges gázokat biztosítjuk számukra.

Bővebben a különleges gázokról: https://www.messer.hu/kulonleges-gazok

KÉRDÉSE VAN? VEGYE FEL VELÜNK A KAPCSOLATOT!