Krausz Ferenc Nobel-díjas

Az atomok, molekulák viselkedését, reakcióit meghatározó A Svéd Királyi Akadémia sajtóközleményeelektronok állapotváltozásai hihetetlenül nagy sebességgel, jellemzően néhány attoszekundum alatt zajlanak le. Az attoszekundum a másodperc milliárdod részének milliárdod része, így az ezen az időskálán történő vizsgálatokhoz érthető módon egészen új és különleges mérési módszerek kidolgozására volt szükség. Mindhárom díjazott a lézerfizika úttörője, eredményeiknek köszönhetően a fizikusok képessé váltak attoszekundumos fényimpulzusokat használni méréseikben, ezzel lényegében ablakot nyitva az elektronok világába.

Krausz Ferenc móri születésű magyar fizikus, 1985-ben párhuzamosan szerzett villamosmérnöki oklevelet a Műegyetemen és fizikusi diplomát az ELTE TTK-n. Kutatómunkáját a BME Fizikai Intézetében kezdte Bakos József irányítása alatt a lézerfizika területén. Doktori fokozatát már a Bécsi Műszaki Egyetemen szerezte 1991-ben, ahol később docensként, majd professzorként is dolgozott. 2003-ban a németországi Garchingban található Max Planck Kvantumoptikai Intézet igazgatójává nevezték ki, emellett 2004 óta a müncheni Lajos–Miksa Egyetem (Ludwig-Maximilians-Universität) Kísérleti Fizika Tanszékének vezetője. 2007 óta az MTA külső tagja.

Krausz Ferenc Forrás: © MPI for Quantum Optics

Már az 1990-es évek elején érdeklődésének középpontjába került a térben és időben egyre kisebb méretek vizsgálata ultrarövid időtartamú fényimpulzusok felhasználásával. Ezt az akkoriban robbanásszerű fejlődésnek induló femtoszekundumos lézertechnológia tette lehetővé, amelynek tökéletesítésében Krausz Ferenc is úttörő szerepet vállalt az SZFKI (a mai Wigner FK) lézerfizikus kutatóival szoros együttműködésben.
A kutatómunka eredményeként a világon az első attoszekundumos fényimpulzusokat Krausz Ferenc csoportja állította elő és mérte meg a 2000-es évek elején.

Ezzel Krausz Ferenc először végezhetett valós idejű megfigyeléseket az elektronok mozgásáról atomi léptékben. Azóta az általa kidolgozott technikát felhasználták számos atom- és molekulafizikai folyamat, például a fotoionizáció időfüggésének vizsgálatában. Krausz Ferenc úttörő kísérleti munkásságának eredményeit világszerte több kutatóintézetben hasznosítják, többek között a szegedi ELI-ALPS Kutatóintézetben is.

A Svéd Királyi Akadémia sajtóközleményének tartalma magyar fordításban:

A fénykísérletek pillanatfelvételt készítenek a legrövidebb pillanatokról

A három 2023-as fizikai Nobel-díjas azon kísérleteikért nyerte el az elismerést, amelyek új eszközöket adtak az emberiség kezébe az atomokat és molekulákat felépítő elektronok vizsgálatára. Pierre Agostini, Krausz Ferenc és Anne L’Huillier kimutatták, hogy lehetséges olyan extrém rövid ideig tartó fényimpulzusokat létrehozni, amelyek segítségével vizsgálhatóvá válnak az elektronok mozgását és energiaváltozásait meghatározó gyors folyamatok.

A gyorsan változó események az emberi szem számára összefolynak, mint ahogy az állóképekből felépülő filmet is folytonos mozgásként érzékeljük. Ha a nagyon rövid ideig tartó eseményeket akarjuk vizsgálni, ahhoz különleges technológiára van szükségünk. Az elektronok világában a változások attoszekundumos időskálán játszódnak le, a másodperc milliárdodrészének milliomodrészénél is gyorsabban. Ez az időegység olyan rövid, hogy attoszekundumból több van egy másodpercben, mint ahány másodperc telt el az univerzum létrejötte óta.

A díjazottak kísérleteik során olyan fényimpulzusokat hoztak létre, amelyek hossza attoszekundumokban volt mérhető. Ezzel demonstrálták, hogy ezen impulzusok az atomokon és molekulákon belüli történések lefényképezésére használhatók.

Anne L’Huillier 1987-ben felfedezte, hogy amikor infravörös lézert bocsátott át nemesgázon, a fény számos felharmonikus frekvenciája jelent meg. Az ilyen fényhullámok felharmonikus frekvenciái a fény frekvenciájának többszörösei, és a gáz atomjaival kölcsönható fény hozza létre őket. A fény energiát ad át néhány elektronnak, amelyek ezt az energiát fénykibocsátással adják le. Anne L’Huillier tovább vizsgálta ezt a jelenséget, és ezzel megalapozta a későbbi áttörésekhez vezető kutatásokat.

Pierre Agostini 2001-ben sikeresen hozta létre és vizsgálta meg egymást követő fényimpulzusok sorozatát, amelyekben az egyes impulzusok mindössze 250 attoszekundumig tartottak. Vele egyidőben Krausz Ferenc egy másfajta kísérleten dolgozott, amely lehetővé tette, hogy egyetlen fényimpulzust izoláljanak, amely 650 attoszekundumig tartott.

A díjazottak kutatásai olyan gyors folyamatok tanulmányozását tették lehetővé, amelyeket korábban lehetetlenség volt követni.

„Immár ablakot nyitottunk az elektronok világára. Az attoszekundumos fizika lehetővé teszi számunkra, hogy megértsük az elektronok által irányított mechanizmusokat. A következő lépés e mechanizmusok hasznosítása lesz” – nyilatkozta Eva Olsson, a Fizikai Nobel-bizottság elnöke.

A felfedezéseknek számos területen lehetnek alkalmazásai. Az elektronikában például nagyon fontos, hogy megértsük és irányítsuk az elektronok anyagon belüli viselkedését. Az attoszekundumos impulzusokat emellett az új molekulák azonosításában is használni lehet, például az orvosi diagnosztikában.

Pierre Agostini 1968-ban szerzett PhD-t a franciaországi Aix-Marseille Egyetemen. Az Egyesült Álamokban lévő colombusi Ohiói Állami Egyetem professzora.

Krausz Ferenc 1962-ben született a magyarországi Móron. 1985-ben szerzett diplomát a Budapesti Műszaki Egyetemen, 1991-ben szerzett PhD-fokozatot a Bécsi Műszaki Egyetemen. A garchingi Max Planck Kvantumoptikai Intézet igazgatója és a müncheni Lajos Miksa Egyetem professzora.

Anne L’Huillier 1958-ban született Párizsban. 1986-ban szerzett PhD-t a párizsi Pierre és Marie Curie Egyetemen. A svédországi Lundi Egyetem professzora.