Femtosegundoko laserra

A femtosegundoko laserra"pultsu ultralaburren argia" sortzen duen gailu bat da, gigasegundo bateko denbora ultralaburraz soilik igortzen duena. Fei Femto-ren laburdura da, Nazioarteko Unitate Sistemaren aurrizkia, eta 1 femtosegundo = 1×10^-15 segundo. Argi pultsatua deritzonak istant batez bakarrik igortzen du argia. Kameraren flasharen argi-igorpen-denbora mikrosegundo 1 ingurukoa da, beraz, femtosegundoaren pultsu ultralaburrak bere denboraren bilioien baten inguruan soilik igortzen du argia. Denok dakigunez, argiaren abiadura 300.000 kilometro segundoko da (7 zirkulu eta erdi lurra segundo batean) abiadura paregabean, baina femtosegundo batean, argiak ere 0,3 mikra baino ez du aurrera egiten.

Askotan, flash argazkiarekin mugitzen den objektu baten momentuko egoera mozteko gai gara. Era berean, femtosegundoko laser bat keinu egiten bada, erreakzio kimikoaren zati guztiak ikusi ahal izango dira abiadura bortitzean joan arren. Horretarako, femtosegundoko laserrak erabil daitezke erreakzio kimikoen misterioa aztertzeko.
Erreakzio kimiko orokorrak energia handiko tarteko egoera batetik igaro ondoren egiten dira, "egoera aktibatua" deritzona. Egoera aktibatu baten existentzia teorikoki 1889. urtea baino lehen iragarri zuen Arrhenius kimikariak, baina ezin da zuzenean behatu, oso denbora laburrean dagoelako. Baina bere existentzia femtosegundoko laserek zuzenean frogatu zuten 1980ko hamarkadaren amaieran, erreakzio kimikoak femtosegundoko laserrekin nola identifikatu daitezkeen adibide bat. Adibidez, ziklopentanona molekula karbono monoxido eta 2 etileno molekulatan deskonposatzen da egoera aktibatuta.
Gaur egun, femtosegundoko laserrak hainbat arlotan ere erabiltzen dira, hala nola, fisika, kimika, bizitzaren zientziak, medikuntza eta ingeniaritza, batez ere argia eta elektronika. Hau da, argiaren intentsitateak informazio kantitate handia transmiti dezakeelako leku batetik bestera ia galerarik gabe, komunikazio optikoa are gehiago bizkortuz. Fisika nuklearraren arloan, femtosegundoko laserek eragin handia izan dute. Pultsatuko argiak eremu elektriko oso indartsua duenez, posible da elektroiak azeleratzea argiaren abiaduratik gertu femtosegundo baten barruan, eta, beraz, "azeleratzaile" gisa erabil daiteke elektroiak azeleratzeko.

Medikuntzan aplikazioa
Arestian esan bezala, femtosegundoko munduan argia ere izoztuta dago oso urruti bidaiatu ezin dezan, baina denbora-eskala honetan ere, atomoak, materiako molekulak eta ordenagailuen txip barruko elektroiak zirkuituetan mugitzen dira oraindik. Femtosegundoko pultsua berehala geldiarazteko erabil badaiteke, aztertu zer gertatzen den. Gelditzeko denbora keinu egiteaz gain, femtosegundoko laserrak 200 nanometroko (milimetro baten 2/10.000a) diametroko metalean zulo txikiak egiteko gai dira. Horrek esan nahi du denbora-tarte laburrean barruan konprimitzen eta blokeatzen den pultsu ultralaburrak irteera ultra-altuko efektu harrigarria lortzen duela eta ez duela inguruari kalte gehigarririk eragiten. Gainera, femtosegundoko laserren argi pultsatuak objektuen irudi estereoskopiko oso finak har ditzake. Irudi estereoskopikoak oso erabilgarriak dira diagnostiko medikoan, eta, horrela, interferentzia optikoko tomografia izeneko ikerketa-eremu berri bat irekitzen da. Femtosegundoko laser batekin hartutako ehun bizidunen eta zelula bizidunen irudi estereoskopikoa da. Esaterako, oso argi-pultsu labur bat azalera zuzentzen da, pultsu-argia azalaren gainazalean islatzen da eta pultsu-argiaren zati bat azalean injektatzen da. Azalaren barrualdea geruza ugariz osatuta dago, eta larruazalean sartzen den argi pultsatua argi pultsatu txiki baten moduan errebotatzen da, eta islatutako argi pultsuaren hainbat argi horien oihartzunetatik ezagutu daiteke azalaren barne egitura.
Gainera, teknologia honek erabilgarritasun handia du oftalmologian, begian sakoneko erretinaren irudi estereoskopikoak hartzeko gai dena. Horri esker, medikuek euren ehunarekin arazoren bat dagoen ala ez diagnostikatu dezakete. Azterketa mota hau ez da begietara mugatzen. Laser bat gorputzera zuntz optiko batekin bidaltzen bada, posible da gorputzeko hainbat organotako ehun guztiak aztertzea, eta etorkizunean minbizi bihurtu den egiaztatzea ere egin daiteke.

Erloju ultrazehatza ezartzea
Zientzialariek uste dute afemtosegundoko laserraerlojua argi ikusgaia erabiliz egiten da, denbora erloju atomikoak baino zehatzago neurtzeko gai izango da, eta munduko erloju zehatzena izango da datozen urteetan. Erlojua zehatza bada, autoen nabigaziorako erabiltzen den GPSaren (Global Positioning System) zehaztasuna ere asko hobetzen da.
Zergatik egin dezake argi ikusgarriak erloju zehatz bat? Erloju eta erloju guztiak pendulu baten eta engranaje baten mugimendutik banandu ezinak dira, eta bibrazio maiztasun zehatzarekin penduluaren oszilazioari esker, engranajeak segundoz biratzen du, eta erloju zehatza ez da salbuespena. Horregatik, erloju zehatzagoa egiteko, beharrezkoa da bibrazio-maiztasun handiagoa duen pendulua erabiltzea. Kuartzozko erlojuak (penduluen ordez kristalekin oszilatzen duten erlojuak) penduluzko erlojuak baino zehatzagoak dira, kuartzozko erresonatzaileak segundoko aldiz gehiago oszilatzen baitu.
Zesioko erloju atomikoak, gaur egun denbora estandarra denak, 9,2 gigahertz inguruko maiztasunarekin oszilatzen du (nazioarteko giga unitatearen aurrizkia, 1 giga = 10^9). Erloju atomikoak zesio atomoen oszilazio-maiztasun naturala erabiltzen du pendulua oszilazio-maiztasun bereko mikrouhinekin ordezkatzeko, eta haren zehaztasuna segundo 1 baino ez da hamar milioi urtetan. Aitzitik, argi ikusgaiak mikrouhinek baino 100.000 eta 1.000.000 aldiz handiagoa den oszilazio-maiztasuna du, hau da, argi ikusgaiaren energia erabiliz, erloju atomikoak baino milioika aldiz zehatzagoa den doitasun-erlojua sortzeko. Argi ikusgaia erabiltzen duen munduko erlojurik zehatzena orain arrakastaz eraiki da laborategian.
Erloju zehatz horren laguntzaz, Einsteinen erlatibitatearen teoria egiazta daiteke. Erloju zehatz horietako bat laborategian jarri genuen eta bestea beheko bulegoan, zer gerta zitekeen kontuan hartuta, ordu bat edo biren buruan, emaitza Einsteinen erlatibitatearen teoriak iragartzen zuena izan zen, biak direla eta. " solairuen artean, bi erlojuek jada ez dute ordu berdina adierazten, eta beheko erlojua goikoa baino motelago doa. Erloju zehatzago batekin, agian eskumuturreko eta orkatilako ordua ere ezberdina izango litzateke egun horretan. Erlatibitatearen magia besterik gabe bizi dezakegu erloju zehatzen laguntzaz.

Argiaren abiadura moteltzeko teknologia
1999an, Estatu Batuetako Hubbard Unibertsitateko Rainer Howe irakasleak arrakastaz moteldu zuen argia segundoko 17 metrora arte, auto batek har dezakeen abiadura, eta, ondoren, arrakastaz moteldu zuen bizikleta batek ere har dezakeen mailaraino. Esperimentu honek fisikako ikerketarik puntakoena dakar, eta artikulu honek esperimentuaren arrakastaren bi gako baino ez ditu aurkezten. Bata sodio atomoen "hodei" bat eraikitzea da, zero absolututik gertu (-273,15 °C) oso tenperatura baxuan, Bose-Einstein kondentsatua izeneko gas egoera berezi batean. Bestea bibrazio-maiztasuna (kontrolerako laserra) modulatzen duen eta harekin sodio atomo hodei bat irradiatzen duen laser bat da, eta, ondorioz, izugarrizko gauzak gertatzen dira.
Zientzialariek lehenik kontrol laserra erabiltzen dute atomoen hodeian dagoen argi pultsatua konprimitzeko, eta abiadura izugarri moteltzen da. Une honetan, kontrol-laserra itzaltzen da, pultsatuko argia desagertzen da eta pultsatutako argiak daraman informazioa atomoen hodeian gordetzen da. . Ondoren, kontrol-laser batekin irradiatzen da, pultsatutako argia berreskuratzen da eta atomoen hodeitik ateratzen da. Beraz, jatorriz konprimitutako pultsua berriro luzatzen da eta abiadura berreskuratzen da. Pultsatuko argiaren informazioa hodei atomiko batean sartzeko prozesu osoa ordenagailu batean irakurtzeko, gordetzeko eta berrezartzeko antzekoa da, beraz, teknologia hau lagungarria da ordenagailu kuantikoak gauzatzeko.

"Femtosegundotik" "atosegundora" mundua
Femtosegundoakgure irudimenetik kanpo daude. Orain attosegundoen mundura itzuli gara, femtosegundoak baino laburragoak direnak. A SI aurrizkiaren laburdura da. 1 attosegundo = 1 × 10^-18 segundo = femtosegundo baten milena. Attosegundoko pultsuak ezin dira argi ikusgaiarekin egin, argiaren uhin-luzera laburragoak erabili behar direlako pultsua laburtzeko. Esaterako, argi ikusgai gorriarekin pultsuak egitearen kasuan, ezinezkoa da pultsuak uhin-luzera hori baino laburragoak egitea. Argi ikusgarriak 2 femtosegundo inguruko muga du, eta horretarako attosegundoko pultsuek uhin-luzera laburragoko X izpiak edo gamma izpiak erabiltzen dituzte. Etorkizunean attosegundoko X izpien pultsuak erabiliz zer aurkituko den ez dago argi. Esaterako, biomolekulak ikusteko atosegundoko distirak erabiltzeak aukera ematen digu haien jarduera oso denbora eskala laburrean behatzeko, eta, agian, biomolekularen egitura zehaztea.