הנובל בפיזיקה יוענק לשלושה חוקרים על פיתוח לייזרים מהירים במיוחד

פרס נובל בפיזיקה יוענק השנה לשלושה מהחוקרים שתרמו לפיתוח שיטות לייצור הבזקי אור קצרים במיוחד, מיליארדית של מיליארדית השנייה. הפרס יחולק בחלקים שווים בין פרופ' פייר אגוסטיני (Agostini) חוקר אמריקני-צרפתי מאוניברסיטת אוהיו בארצות הברית, פרופ' פרנץ קראוס (Krausz) יליד הונגריה החוקר במכון מקס פלנק לפיזיקה במינכן, גרמניה, ופרופ' אן ל'הוליייר (L’Huillier) ילידת צרפת החוקרת באוניברסיטת לונד בשבדיה. קראוס ול'הוליייר קיבלו בשנה שעברה את פרס וולף על עבודתם בתחום הזה.

הבזקי האור הקצרצרים מאפשרים למדוד ולחקור תהליכים שמתרחשים בסדרי גודל של אטו-שניות (attoseconds), כלומר 10-18 שניות. תהליכים שמתרחשים במהירויות כאלה כוללים למשל תנועה של אלקטרונים בתוך מולקולות, שינוי המטען החשמלי של חומרים, תופעות קוונטיות ועוד, ויש להם השפעה עצומה בכל תחומי החיים.

במשך זמן רב נחשבה יצירת הבזקי לייזר של אטו-שניות, ואפילו הבזקים ארוכים יותר כמו פמטו-שניות (10-15 שניות, כלומר מיליונית של מיליארדית השנייה), למשימה בלתי אפשרית. הפתרון התגלה בזכות תופעה בשם הרמוניות גבוהות: כשמקרינים לייזר חזק על חומרים מסוימים, הם פולטים קרינה בתדירות שהיא כפולה שלמה (הרמוניה) של התדירות המקורית.

החוקרת הראשונה שהצליחה להפיק הרמוניות גבוהות כאלה באופן מבוקר הייתה אן ל'הולייר (L’Huillier) מצרפת, שעבדה אז במכון צרפתי לאנרגיות גבוהות ולאנרגיה גרעינית. בהמשך עברה ל'הולייר לשבדיה, והמשיכה לפתח שיטות ליצירת הבזקי לייזר קצרים יותר ויותר בתחום האטו-שניות.

כדי לשלוט טוב יותר בתהליך ההפקה של הבזקי לייזר קצרים כאלה, יש להבין את המנגנון של היווצרות הרמוניות גבוהות. הפיזיקאי הקנדי פול קורקם (Corkum) - שלא זכה בפרס - הציע ב-1993 את המודל הראשון המסביר את התהליך באמצעות התופעות הקוונטיות המתרחשות בו. לפי המודל הזה, הלייזר גורם לשחרור של אלקטרון מהאטום שהוא פוגע בו. האלקטרון מואץ בעזרת הלייזר שפגע בו, ובסופו של דבר מתנגש שוב באטום שאותו עזב, וההתנגשות הזאת מניבה את אותה קרינה הרמונית. המודל שהוא המשיך לפתח מאז בעבודתו באוניברסיטת אוטווה ובמועצה הלאומית של קנדה למחקר הפך לבסיס להפקת הבזקים לייזרים קצרים.

הראשון שיצר בפועל הבזקי לייזר באטו-שניות היה הפיזיקאי האוסטרי-הונגרי פֶרֶנְץ קראוס (Krausz), בעבודתו בשנת 2001 באוניברסיטה הטכנית של וינה. בשנות עבודתו שם, ובהמשך במכון מקס פלנק בגרשינג שבגרמניה, הצליח קראוס להראות כי ההרמוניות הגבוהות אכן מפיקות הבזקי לייזר קצרצרים, ואף למדוד באמצעותם תופעות כמו יינון של אטומים, כלומר פליטה או קליטה של אלקטרון שמשנה את המטען החשמלי של האטום.

בשנה שעברה הוענק הפרס בפיזיקה לאלן אספה (Aspect), ג'ון קלאוזר (Clauser) ואנטון ציילינגר (Zeilinger) על מחקרים שהדגימו את קיומה של תופעת השזירה הקוונטית. בשנת 2021 הוענק הפרס לשלושה מדענים שמחקריהם עסקו בנושאים הקשורים לשינויי האקלים: מחציתו התחלקה בין שוקורו מנאבה (Manabe) שהראה איך עליית הריכוז של פחמן דו-חמצני באטמוספרה גורמת להתחממות כדור הארץ, לקלאוס הסלמן (Hasselmann) שהראה כיצד שינויי אקלים עשויים להשפיע על מזג האוויר. המחצית השנייה הוענקה לג'ורג'ו פריזי (Parisi), על פיתוח מודלים תיאורטיים המאפשרים לחקור מערכות מורכבות, בהן מערכות אקלים.

הפרס של שנת 2020 עסק בחורים שחורים. מחציתו הוענקה לרוג'ר פנרוז (Penrose) על המחקר שהראה כי חורים שחורים הם התוצאה הטבעית בסוף חייהם של כוכבים גדולים, והמחצית השניה לריינהארד גנצל (Genzel) ואנדריאה גז (Ghez), על התצפיות האסטרונומיות על החור השחור שבמרכז הגלקסיה שלנו, שמאז גם תועד בצילום.

פרסים נוספים

אתמול נפתח שבוע הנובל בהכרזה על זוכי פרס נובל ברפואה, שיוענק השנה לקטלין קריקו (Karikó) ולדרו וייסמן (Weissman) על המחקרים שהובילו לפיתוח של חיסוני mRNA, שהיו הבסיס לחיסוני הקורונה. קריקו היא גם האישה הראשונה שזוכה בפרס ברפואה מאז 2015.

מחר (רביעי) יוכרזו הזוכים או הזוכות בפרס בכימיה. ביום חמישי תהיה ההכרזה על פרס נובל בספרות, ובשישי - ההכרזה על פרס נובל לשלום. שבוע הנובל יסתיים ביום שני, בהכרזה על זוכי הפרס בכלכלה על שם אלפרד נובל, פרס שלא נכלל בצוואתו המקורית של נובל, ומוענק למעשה על ידי הבנק של שוודיה מאז 1969.

מערכת מכון דוידסון לחינוך מדעי