تا حالا اسم آتوثانیه رو شنیدی؟ آتوثانیه یعنی یه میلیاردمِ یه میلیاردم ثانیه! واقعاً عددش این‌قد کوچیکه که مغز آدم سوت می‌کشه. همین آتوثانیه‌ها سریع‌ترین پَرتوهای نوری هستن که بشر تونسته بسازه و الآن دانشمندا بالاخره یاد گرفتن چطور این نورای فوق‌العاده سریع رو فوکوس کنن و حسابی کاربردی‌ترشون کنن.
ماجرا چیه؟ یه تیم خفن از مؤسسه ماکس بورن (MBI) توی برلین و آزمایشگاه DESY هامبورگ اومدن و اولین لنز پلاسما دنیا رو ساختن که می‌تونه این پالس‌های نوری آتوثانیه‌ای رو فوکوس کنه و اونم با راندمان عجیب‌غریب ۸۰ درصد! یعنی بیشتر نور سالم از لنز رد می‌شه. این کارشون قراره فیزیک فوق سریع رو زیرو رو کنه!
حالا آتوثانیه‌ها دقیقاً به چه درد می‌خورن؟ دانشمندا باهاشون حرکت الکترون‌ها رو توی اتم‌ها و مواد می‌تونن مثل فیلم آهسته فریز کنن و ببینن. این یعنی می‌تونن برن سراغ بنیادی‌ترین و سریع‌ترین فعل و انفعال‌های ماده.
مشکل اصلی اینجا بود که این پالس‌های نور تو بازه اشعه XUV و اشعه ایکس هستن، یعنی همون محدوده‌ای که آینه‌ها یا لنزهای معمولی هیچ کاری از دستشون بر نمیاد. آینه‌ها سریع خراب می‌شن و بازتاب خیلی کمی دارن، لنزهای عادی هم نور XUV رو قورت می‌دن و پالس‌ها کش میاد و همون دقت رو از بین می‌برن.
برای همین این تیم دانشمند تصمیم گرفتن سراغ یه گزینه عجیب برن: پلاسما! پلاسما یه جور گاز بارداره که الکترونا از اتم‌ها جدا شدن و مثل جامدات یا مایع‌ها رفتار نمی‌کنه. فرقش اینه که می‌تونه نور رو به شیوه‌های عجیب خم کنه و ببره اونجایی که ما می‌خوایم.
روش‌شونم باحال بود: اومدن و یه نبض (پالس) الکتریکی خیلی قوی رو از توی یه لوله باریک گاز هیدروژن رد کردن. وقتی این کار رو می‌کنی، الکترون‌ها جدا می‌شن و پلاسما ساخته می‌شه. این الکترون‌ها به دیواره هل داده می‌شن و باعث می‌شن تو مقطع، پلاسما شبیه یه لنز مقعر بشه.
یه نکته جالب اینه که اصولاً لنز مقعر باید نور رو پخش کنه، ولی پلاسما فرق داره! به خاطر خمشی که تو پلاسما رخ می‌ده، در واقع این آتوثانیه‌ها رو جمع می‌کنه (فوکوس می‌کنه)، نه پخش.
تو آزمایش‌ها نشون دادن این لنز پلاسمایی می‌تونه نور رو تو یه محدوده خیلی بزرگ از طول موج XUV فوکوس کنه و حتی قشنگ می‌تونن با تنظیم چگالی پلاسما، نقطه فوکوسش رو کم‌کم تغییر بدن.
از همه باحال‌تر اینه که لنز، بیشتر از ۸۰ درصدِ نور رو جوری می‌بره جلو که انگار هیچی نشده. یعنی تقریباً تمام قدرت نور رو حفظ می‌کنه و اصلاً مثل فیلترهای معمولی هدر نمی‌ده.
یه ویژگی توپ دیگه‌ش اینه که این لنز خودش نقش فیلتر رو هم بازی می‌کنه. یعنی اون پرتوهای لیزری مادون قرمز (Infrared) که اصولاً واسمون دردسرن و معمولاً نیاز به کلی فیلتر فلزی دارن که انرژی رو نابود می‌کنن، اینجا با پلاسما راحت حذف می‌شن!
خلاصه که دیگه به اون فیلترهای قدیمی نیازی نیست و نور اصلی آتوثانیه با قدرت بیشتری باقی می‌مونه، مخصوصاً برای آزمایش‌هایی که نور ضعیف همیشه سد راه بودن.
برای اینکه ببینن این لنز جدید واقعاً تو تغییر فرم پالس‌ها چیکار می‌کنه، شبیه‌سازی کردن و فهمیدن که پالس آتوثانیه فقط یه ذره کش میاد (از ۹۰ به ۹۶ آتوثانیه)، اما تو شرایط واقعی که یه پدیده به اسم چیِرپ (Chirp) هست – یعنی رنگ‌های مختلف نور یه ذره با تأخیر می‌رسن – لنز پلاسما حتی تونسته پالس رو کوتاه‌تر کنه! (از ۱۸۹ به ۱۶۵ آتوثانیه).
در کل، داشتن یه لنز ارزان، ساده برای تنظیم، فوکوس قابل تنظیم و عبور بالای نور، یعنی واقعاً می‌تونن انقلاب کنن تو پژوهش‌های آتوثانیه‌ای: چه دنبال کشف حرکت الکترون‌ها در مواد عجیب باشی، چه توی حوزه تکنولوژی کوانتومی (Quantum یعنی فناوریا و تحقیقاتی که با عجایب عالم کوانتوم سر و کار داره!) یا حتی میکروسکوپی فوق سریع.
پژوهش کاملشون هم تو ژورنال معتبر “Nature Photonics” چاپ شده و احتمالاً از این به بعد کلی خبر ازش بشنویم!
منبع: +
