Laser och attosekunder – detta är årets fysikpris
Det började med Heisenberg och kvantmekaniken. Det fortsatte med lasermaskiner som får ordet blixtsnabb att framstå som ett skämt. Och det kan sluta med nya nästintill magiska sätt att hitta sjukdomar. Med attosekundfysiken som får årets Nobelpris i fysik kan vi börja förstå mekanismer som styrs av elektroner. Den börjar med Heisenberg. Inte aliaset som kemiläraren Walter White använde när han kokade metamfetamin i tv-serien Breaking Bad. Utan originalet, den tyska fysikern Werner Heisenberg. 1925 sjösatte Heisenberg en ny kvantmekanik, vetenskapen som handlar om universums minsta beståndsdelar. Det var en fysik med många fenomen som inte gick att se, mäta och observera. De kunde bara beräknas. För protoner, neutroner och elektroner är inte bara extremt små – de rör sig så otroligt kvickt att det ansågs omöjligt att observera till exempel en elektrons varv runt en atomkärna. I strikt bemärkelse går detta inte att observera i dag heller, men vi kan ”se” dynamiken hos elektroner i atomer, molekyler och materia i laboratoriemiljö, skriver Kungliga Vetenskapsakademien. Det korta svaret är laser och många decenniers arbete av forskare, bland annat de tre som nu får Nobelpriset i fysik. Det handlar pulser som ljussätter ofattbart korta tidsrymder. Den snabbaste privatkamerorna fångar ögonblick som är kanske en tusendels sekund. Här talar vi om laserpulser som mäts i attosekunder – en miljardels miljardels sekund. Liknelsen som användes vid tillkännagivandet av årets pris är absurd men visar ändå vilken skala vi talar om: Det går fler attosekunder på en sekund än det har gått sekunder under hela den tid som universum har existerat. Lasertekniken som utvecklats är i stort sett lika komplicerad som kvantmekaniken den mäter. Men om du tar en laser och låter den sända extremt snabbt svängande infrarött laserljus genom en ädelgas så växelverkar ljuset från lasern med atomer i gasen. Ännu fler – och därmed snabbare – svängningar uppstår. Detta upptäckte Anne L’Huillier, pristagaren som i dag är verksam vid Lunds universitet, 1987. Men det var en sak att inse att fenomenet fanns och en annan att praktiskt få ihop experiment där svängningarna är i fas och bildar användbara pulser. Det gjorde de två andra pristagarna, Pierre Agostini och Ferenc Krausz, på varsitt håll dryga femton år senare. Inte sällan prisas forskning som redan har hunnit få praktiska användningsområden. Ett exempel är forskningen om mRNA-molekyler som skapade nya vacciner och på måndagen fick årets Nobelpris i medicin eller fysiologi. Så är det inte med årets fysikpris. Det handlar snarare om så kallad grundforskning som hittills bara lagt grunden för ytterligare grundforskning. – Vi kan nu glänta på dörren till elektronernas värld. Med attosekundfysiken har vi möjlighet att förstå mekanismer som styrs av elektroner. Nästa steg blir att också utnyttja dem, säger Eva Olsson, ordförande för Nobelkommittén för fysik, i pressmeddelandet till årets pris. Men det utesluter inte att framtiden kan bjuda på praktisk nytta. Inom elektroniken kan ökad kunskap om hur elektroner rör sig genom material vara till nytta. Prisvinnaren Ferenc Krauszs forskargrupp har också börjat använda den nya tekniken till att spåra ”fingeravtryck” i de elektriska fälten som kan visa förändringar i biologiska vätskor. En möjlighet är att man på detta sätt kan upptäcka de molekylära spåren av sjukdomar, och det utan att behöva använda farlig strålning.
Det började med Heisenberg och kvantmekaniken. Det fortsatte med lasermaskiner som får ordet blixtsnabb att framstå som ett skämt. Och det kan sluta med nya nästintill magiska sätt att hitta sjukdomar. Med attosekundfysiken som får årets Nobelpris i fysik kan vi börja förstå mekanismer som styrs av elektroner. Den börjar med Heisenberg. Inte aliaset som kemiläraren Walter White använde när han kokade metamfetamin i tv-serien Breaking Bad. Utan originalet, den tyska fysikern Werner Heisenberg. 1925 sjösatte Heisenberg en ny kvantmekanik, vetenskapen som handlar om universums minsta beståndsdelar. Det var en fysik med många fenomen som inte gick att se, mäta och observera. De kunde bara beräknas. För protoner, neutroner och elektroner är inte bara extremt små – de rör sig så otroligt kvickt att det ansågs omöjligt att observera till exempel en elektrons varv runt en atomkärna. I strikt bemärkelse går detta inte att observera i dag heller, men vi kan ”se” dynamiken hos elektroner i atomer, molekyler och materia i laboratoriemiljö, skriver Kungliga Vetenskapsakademien. Det korta svaret är laser och många decenniers arbete av forskare, bland annat de tre som nu får Nobelpriset i fysik. Det handlar pulser som ljussätter ofattbart korta tidsrymder. Den snabbaste privatkamerorna fångar ögonblick som är kanske en tusendels sekund. Här talar vi om laserpulser som mäts i attosekunder – en miljardels miljardels sekund. Liknelsen som användes vid tillkännagivandet av årets pris är absurd men visar ändå vilken skala vi talar om: Det går fler attosekunder på en sekund än det har gått sekunder under hela den tid som universum har existerat. Lasertekniken som utvecklats är i stort sett lika komplicerad som kvantmekaniken den mäter. Men om du tar en laser och låter den sända extremt snabbt svängande infrarött laserljus genom en ädelgas så växelverkar ljuset från lasern med atomer i gasen. Ännu fler – och därmed snabbare – svängningar uppstår. Detta upptäckte Anne L’Huillier, pristagaren som i dag är verksam vid Lunds universitet, 1987. Men det var en sak att inse att fenomenet fanns och en annan att praktiskt få ihop experiment där svängningarna är i fas och bildar användbara pulser. Det gjorde de två andra pristagarna, Pierre Agostini och Ferenc Krausz, på varsitt håll dryga femton år senare. Inte sällan prisas forskning som redan har hunnit få praktiska användningsområden. Ett exempel är forskningen om mRNA-molekyler som skapade nya vacciner och på måndagen fick årets Nobelpris i medicin eller fysiologi. Så är det inte med årets fysikpris. Det handlar snarare om så kallad grundforskning som hittills bara lagt grunden för ytterligare grundforskning. – Vi kan nu glänta på dörren till elektronernas värld. Med attosekundfysiken har vi möjlighet att förstå mekanismer som styrs av elektroner. Nästa steg blir att också utnyttja dem, säger Eva Olsson, ordförande för Nobelkommittén för fysik, i pressmeddelandet till årets pris. Men det utesluter inte att framtiden kan bjuda på praktisk nytta. Inom elektroniken kan ökad kunskap om hur elektroner rör sig genom material vara till nytta. Prisvinnaren Ferenc Krauszs forskargrupp har också börjat använda den nya tekniken till att spåra ”fingeravtryck” i de elektriska fälten som kan visa förändringar i biologiska vätskor. En möjlighet är att man på detta sätt kan upptäcka de molekylära spåren av sjukdomar, och det utan att behöva använda farlig strålning.
