پالس‌های لیزری معمولا با توجه به نوع لیزر دارای مدت زمان‌های متفاوتی هستند. هرچه پالس لیزر کوتاه‌تر باشد، با استفاده از آن می‌توان مقیاس‌های زمانی کوچکتری را در جهان زیر اتمی مورد مطالعه قرار داد. امروزه برای کاوش اتم‌ها از لیزرهای فمتو ثانیه‌ای استفاده می‌شود. اما برای ثبت اتفاقاتی که با سرعت‌های بسیار زیاد در درون اتم و به ویژه در درون هسته اتم رخ می‌دهند، ما به پالس‌های کوتاه‌تری نیاز داریم. به تازگی گروهی از محققان روشی را پیشنهاد کرده‌اند که راه را برای ساخت لیزرهای در حد زپتو ثانیه که برای مشاهده واکنش‌های هسته‌ای مناسبند هموار می‌کند.

فرناندز گارسیا و همکاران- فیزیکال ریویو لترز 2013

امروزه محققان از تابش‌های نوری فوق‌العاده کوتاه برای اندازه‌گیری حرکت‌های سریع ذرات در جهان اتمی استفاده می‌کنند. پالس‌های لیزری فمتو ثانیه‌ای (هر فمتو ثانیه برابر ده به توان منفی پانزده ثانیه است) که امروزه بسیار متداول هستند، آنقدر سریع هستند که بتوانند حرکت اتم‌ها را دنبال کنند و امروزه برای مشاهده و آشکارسازی واکنش‌های شیمیایی به کار می‌روند. پالس‌های آتو ثانیه‌ای (هر آتو ثانیه برابر ده به توان منفی هجده ثانیه است) که در دهه‌های اخیر معرفی شده‌اند، می‌توانند حتی حرکت الکترون‌ها را نیز ضبط کنند. اما فیزیکدانان قصد دارند این مرزها را فراتر ببرند. برای مثال اگر روزی بتوانیم از پالس‌های زپتو ثانیه‌ای (هر زپتو ثانیه برابر ده به توان منفی بیست و یک ثانیه است) استفاده کنیم، خواهیم توانست دینامیک‌ ذرات سریع‌تر زیر اتمی همچون پروتون‌ها و نوترون‌ها را هنگامی که به یکدیگر می‌پیوندند تا تشکیل هسته بدهند، یا هنگامی که در فرآیندهای شکافت هسته از یکدیگر جدا می‌شوند ثبت و ضبط کنیم. در مقاله‌ای که اخیرا توسط کارلوس هرناندز گارسیا (Carlos Hernández-García) از دانشگاه سالامانکا (Salamanca) اسپانیا و جی آی ال ای ( JILA ) کلرادو بولدر و همکارانش در فیزیکال ریویو لترز چاپ شده است، این گروه از دانشمندان پیشنهادی را مطرح نموده‌اند که با استفاده از آن می‌توان پالس‌های زپتو ثانیه‌ای متوالی از اشعه ایکس تولید کرد.

در این طرح از پالس‌های لیزر فرو سرخ برای برانگیخته کردن یک گاز اتمی استفاده می‌شود: درست همانند لیزرهای نسل آتو ثانیه، در اینجا نیز میدان لیزر باعث کنده شدن الکترون‌ها از اتم‌ها می‌گردد و سپس هنگامی که علامت میدان معکوس می‌شود، این الکترون‌ها را مجددا به سمت یون‌های مادر هدایت می‌کند. هنگامی که الکترون‌ها به اتم‌های مادرشان می‌پیوندند، انرژی جنبشی خودشان را به صورت فرکانس‌های هماهنگ مرتبه بالا در محدوده پرتوهای ایکس آزاد می‌کنند. در واقع تنها تازگی این نوع لیزر در مقایسه با لیزرهای فمتو ثانیه‌ای آن است که از لیزرهای با طول موج بلندتر به عنوان محرک در آن استفاده می‌شود. گروه فرناندز و همکارانش با استفاده از یک فرمالیسم نوین برای مدل‌سازی لیزرهای هماهنگ با مرتبه بالا، نشان دادند که اگر طول موج فرو سرخ از 8 میکرومتر تجاوز کند، بسته‌های موج الکترونی گسیل شده در فازهای مختلف سیکل برانگیختگی، با یکدیگر تداخل می‌کنند و موج‌های پالسی با مدت زمان کمتر از یک آتو ثانیه را تولید می نمایند.

منبع:http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.111.033002

مرجع:http://prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i3/e033002