Femtosaniyə Lazer

A femtosaniyə lazeryalnız təxminən bir giqasaniyəlik ultraqısa müddət ərzində işıq yayan "ultra-qısa nəbz işığı" yaradan cihazdır. Fei Beynəlxalq Vahidlər Sisteminin prefiksi olan Femto-nun abreviaturasıdır və 1 femtosaniyə = 1×10^-15 saniyədir. İmpulslu işıq deyilən işıq yalnız bir anlıq işıq saçır. Bir kameranın flaşının işıq yayma müddəti təxminən 1 mikrosaniyədir, buna görə də femtosaniyəlik ultra qısa nəbz işığı öz zamanının yalnız milyardda birində işıq saçır. Hamımızın bildiyi kimi, işığın sürəti misilsiz sürətlə saniyədə 300.000 kilometrdir (1 saniyədə Yer kürəsini 7 yarım dövrə vurur), lakin 1 femtosaniyədə hətta işıq yalnız 0,3 mikron irəliləyir.

Çox vaxt fleş fotoqrafiya ilə biz hərəkət edən obyektin anlıq vəziyyətini kəsə bilirik. Eyni şəkildə, femtosaniyəlik bir lazer yanıb-sönsə, kimyəvi reaksiyanın hər bir fraqmentini hətta şiddətli bir sürətlə davam edərkən görmək mümkündür. Bu məqsədlə femtosaniyə lazerləri kimyəvi reaksiyaların sirrini öyrənmək üçün istifadə edilə bilər.
Ümumi kimyəvi reaksiyalar yüksək enerjili, "aktivləşdirilmiş vəziyyət" adlanan aralıq vəziyyətdən keçdikdən sonra həyata keçirilir. Aktivləşdirilmiş vəziyyətin mövcudluğu nəzəri olaraq 1889-cu ildə kimyaçı Arrhenius tərəfindən proqnozlaşdırılıb, lakin çox qısa müddət ərzində mövcud olduğu üçün onu birbaşa müşahidə etmək mümkün deyil. Lakin onun mövcudluğu 1980-ci illərin sonlarında femtosaniyə lazerləri ilə birbaşa nümayiş etdirildi, bu, kimyəvi reaksiyaların femtosaniyə lazerləri ilə necə təyin oluna biləcəyinə bir nümunədir. Məsələn, siklopentanon molekulu aktivləşdirilmiş vəziyyətdə dəm qazına və 2 etilen molekuluna parçalanır.
Femtosaniyə lazerləri indi fizika, kimya, həyat elmləri, tibb və mühəndislik kimi geniş sahələrdə, xüsusən də işıq və elektronikada istifadə olunur. Çünki işığın intensivliyi böyük həcmdə informasiyanı bir yerdən digər yerə demək olar ki, heç bir itkisiz ötürə bilir və optik rabitəni daha da sürətləndirir. Nüvə fizikası sahəsində femtosaniyə lazerləri böyük təsir göstərdi. İmpulslu işığın çox güclü elektrik sahəsi olduğundan, elektronları 1 femtosaniyə ərzində işığın sürətinə yaxın sürətləndirmək mümkündür, ona görə də elektronları sürətləndirmək üçün "sürətləndirici" kimi istifadə edilə bilər.

Tibbdə tətbiqi
Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, femtosaniyə dünyasında hətta işıq çox uzağa getməməsi üçün donmuşdur, lakin bu zaman miqyasda atomlar, maddədəki molekullar və kompüter çiplərinin içərisindəki elektronlar hələ də dövrələrdə hərəkət edir. Əgər femtosaniyə nəbzi onu dərhal dayandırmaq üçün istifadə edilə bilərsə, nə baş verdiyini öyrənin. Dayanmaq üçün yanıb-sönən vaxta əlavə olaraq, femtosaniyəli lazerlər metalda diametri 200 nanometr (millimetrin 2/10.000-i) qədər kiçik deliklər açmağa qadirdir. Bu o deməkdir ki, içəridə qısa müddət ərzində sıxılmış və kilidlənmiş ultra-qısa impulslu işıq, ultra yüksək çıxışın heyrətamiz effektinə nail olur və ətrafa əlavə ziyan vurmur. Bundan əlavə, femtosaniyə lazerinin impulslu işığı obyektlərin son dərəcə incə stereoskopik şəkillərini çəkə bilər. Stereoskopik görüntüləmə tibbi diaqnostikada çox faydalıdır, beləliklə, optik müdaxilə tomoqrafiyası adlı yeni bir tədqiqat sahəsi açır. Bu, femtosaniyə lazerlə çəkilmiş canlı toxuma və canlı hüceyrələrin stereoskopik şəklidir. Məsələn, çox qısa bir işıq nəbzi dəriyə yönəldilir, impulslu işıq dərinin səthindən əks olunur və impulslu işığın bir hissəsi dəriyə vurulur. Dərinin içi bir çox təbəqədən ibarətdir və dəriyə daxil olan impulslu işıq kiçik impulslu işıq kimi geri sıçrayır və əks olunan işıqda bu müxtəlif impulslu işığın əks-sədasından dərinin daxili quruluşu bilinə bilər.
Bundan əlavə, bu texnologiya oftalmologiyada böyük faydaya malikdir, gözün dərinliklərində tor qişanın stereoskopik şəkillərini çəkə bilir. Bu, həkimlərə onların toxumalarında problem olub-olmadığını müəyyən etməyə imkan verir. Bu tip müayinə yalnız gözlərlə məhdudlaşmır. Optik liflə bədənə lazer göndərilərsə, orqanizmdəki müxtəlif orqanların bütün toxumalarını araşdırmaq, hətta onun gələcəkdə xərçəngə çevrilib-ötürülmədiyini yoxlamaq mümkün ola bilər.

Ultra dəqiq saatın tətbiqi
Alimlər hesab edirlər ki, əgər afemtosaniyə lazersaat görünən işıqdan istifadə edilməklə hazırlanır, o, vaxtı atom saatlarından daha dəqiq ölçə biləcək və gələcək illər üçün dünyanın ən dəqiq saatı olacaq. Əgər saat dəqiqdirsə, o zaman avtomobil naviqasiyası üçün istifadə edilən GPS-in (Qlobal Mövqeləşdirmə Sistemi) dəqiqliyi də xeyli yaxşılaşır.
Nə üçün görünən işıq dəqiq saat yarada bilər? Bütün saatlar və saatlar sarkaç və dişli çarxın hərəkətindən ayrılmazdır və sarkacın dəqiq vibrasiya tezliyi ilə salınması vasitəsilə dişli saniyələr ərzində fırlanır və dəqiq saat istisna deyil. Buna görə də, daha dəqiq saat hazırlamaq üçün daha yüksək vibrasiya tezliyi olan sarkaçdan istifadə etmək lazımdır. Kvars saatları (sarkaç əvəzinə kristallarla salınan saatlar) sarkaçlı saatlardan daha dəqiqdir, çünki kvars rezonatoru saniyədə daha çox salınır.
Hal-hazırda vaxt standartı olan sezium atom saatı təxminən 9,2 gigahertz (beynəlxalq giga vahidinin prefiksi, 1 giga = 10^9) tezliyində salınır. Atom saatı, sarkacın eyni salınım tezliyinə malik mikrodalğalı sobalarla əvəzlənməsi üçün sezium atomlarının təbii salınım tezliyindən istifadə edir və onun dəqiqliyi on milyonlarla il ərzində cəmi 1 saniyədir. Bunun əksinə olaraq görünən işığın salınma tezliyi mikrodalğalı sobalarınkindən 100.000-1.000.000 dəfə yüksəkdir, yəni görünən işıq enerjisindən istifadə edərək atom saatlarından milyonlarla dəfə daha dəqiq olan dəqiq saat yaradır. Görünən işıqdan istifadə edən dünyanın ən dəqiq saatı indi laboratoriyada uğurla qurulub.
Bu dəqiq saatın köməyi ilə Eynşteynin nisbilik nəzəriyyəsini yoxlamaq olar. Bu dəqiq saatlardan birini laboratoriyaya, digərini isə aşağı ofisə qoyduq, nə baş verə biləcəyini nəzərə alaraq, bir-iki saat sonra nəticə Eynşteynin nisbilik nəzəriyyəsinin proqnozlaşdırdığı kimi oldu, çünki iki fərqli "qravitasiya sahəsi var" "Mərtəbələr arasında iki saat artıq eyni vaxtı göstərmir və alt mərtəbədəki saat yuxarıdakıdan daha yavaş işləyir. Daha dəqiq bir saatla, bəlkə də o gün bilək və topuqdakı vaxt fərqli olardı. Biz sadəcə olaraq dəqiq saatların köməyi ilə nisbilik sehrini hiss edə bilərik.

İşıq sürətini yavaşlatan texnologiya
1999-cu ildə ABŞ-ın Hubbard Universitetinin professoru Rainer Howe işığın sürətini saniyədə 17 metrə, avtomobilin çata biləcəyi sürəti müvəffəqiyyətlə yavaşlatdı və sonra müvəffəqiyyətlə hətta velosipedin də çata biləcəyi səviyyəyə endirdi. Bu təcrübə fizikada ən qabaqcıl tədqiqatları əhatə edir və bu məqalə eksperimentin uğurunun yalnız iki açarını təqdim edir. Bunlardan biri mütləq sıfıra (-273,15°C) yaxın son dərəcə aşağı temperaturda, Bose-Einstein kondensatı adlanan xüsusi qaz vəziyyəti olan natrium atomlarından ibarət “bulud” yaratmaqdır. Digəri isə vibrasiya tezliyini modulyasiya edən (nəzarət üçün lazer) və onunla natrium atomları buludunu şüalandıran lazerdir və nəticədə inanılmaz şeylər baş verir.
Alimlər əvvəlcə atom buludunda impulslu işığı sıxmaq üçün nəzarət lazerindən istifadə edirlər və sürət son dərəcə aşağı düşür. Bu zaman idarəetmə lazeri söndürülür, impulslu işıq yox olur və impulslu işıqda daşınan məlumat atomlar buludunda saxlanılır. . Sonra nəzarət lazeri ilə şüalanır, impulslu işıq bərpa olunur və atom buludundan çıxır. Beləliklə, əvvəlcə sıxılmış nəbz yenidən uzanır və sürət bərpa olunur. Atom buluduna impulslu işıq məlumatının daxil edilməsinin bütün prosesi kompüterdə oxumaq, saxlamaq və sıfırlamağa bənzəyir, ona görə də bu texnologiya kvant kompüterlərinin reallaşdırılması üçün faydalıdır.

Dünya "femtosaniyə"dən "attosaniyəyə"
Femtosaniyələrbizim təsəvvürümüzdən kənardadır. İndi biz femtosaniyələrdən daha qısa olan attosaniyələr dünyasına qayıtdıq. A SI atto prefiksinin abbreviaturasıdır. 1 attosaniyə = 1 × 10^-18 saniyə = femtosaniyənin mində biri. Attosaniyə impulsları görünən işıqla edilə bilməz, çünki nəbzi qısaltmaq üçün işığın daha qısa dalğa uzunluğundan istifadə edilməlidir. Məsələn, qırmızı görünən işıq ilə impulslar edilməsi vəziyyətində, o dalğa uzunluğundan daha qısa impulslar etmək mümkün deyil. Görünən işığın təxminən 2 femtosaniyə limiti var, bunun üçün attosaniyə impulsları daha qısa dalğa uzunluğunda rentgen və ya qamma şüalarından istifadə edir. Attosaniyə rentgen impulslarından istifadə etməklə gələcəkdə nəyin kəşf ediləcəyi bəlli deyil. Məsələn, biomolekulları vizuallaşdırmaq üçün attosaniyə flaşlarının istifadəsi bizə onların fəaliyyətini çox qısa zaman miqyasında müşahidə etməyə və bəlkə də biomolekulların quruluşunu dəqiq müəyyən etməyə imkan verir.