Anne L’Huillier Nobel-díjas fizikus: „Máig lenyűgöz, hogy valami teljesen újat láttunk”

- Professzor asszony, ön mindössze az ötödik fizikai Nobel-díjas nő, és Marie Curie után a második francia. Mi vezette fiatal kutatóként az atomfizikai témák felé? Az 1980-as években bizonnyal szokatlan lehetett, hogy egy fiatal nő a francia atomenergia-ügynökségnél, a Paris-Saclay kutatóközpontban kezdett dolgozni.

- Ez sokkal egyszerűbben történt, mint gondolja: kiváló fizika- és matematikatanáraim voltak a líceumban, az egyetemen pedig ugyancsak kiváló tanárok fordították a figyelmem az atomfizika felé. Lehet, hogy banálisan hangzik, de ment minden a maga útján. Egészen fiatal korom óta érdekelt a tudomány, és ahogy haladtam előre, a lehetőségeket is felkínálták. Így jutottam el addig, hogy lézerekkel kapcsolatos atomfizikai doktori témán dolgozhattam a Paris-Saclay kutatóintézetében.
 

- Ön egyszerre elméleti és kísérleti fizikus, sőt, egyszerre matematikus és fizikus. Melyiket tartja igazi karakterének?

- Kettős diplomát szereztem matematikából és fizikából, az egyetem utolsó évében választottam a fizikát. Mindig is fontosnak tartottam, hogy rendelkezzem a matematika absztrakt módszereivel, ami segít a kísérletekben vizsgált jelenségek megértésében. Azért is igyekeztem a kettőt ötvözni, amikor csak lehetett, mert ez szabadságot adott, hogy magam értelmezzem a kísérleti eredményeket. Ugyanakkor mégiscsak a kísérleti fizikából akartam doktori munkát készíteni, mivel számomra a fizikai jelenségek kutatása laboratóriumban történik, kísérleti jellegű.

- Doktori dolgozata után egy évvel egy kísérlet során fedezte fel azt a jelenséget, amely a mai attoszekundumos fizikához vezetett. Teljes meglepetés volt az ön számára a magas felharmonikusok megjelenése?

– 1986-ban készítettem el doktori munkámat a multifotonos többszörös ionizációról és 1987 nyarán ajánlatot kaptam a Paris-Saclay-i kutatóközponttól, ahol ezt a jelenséget kísérletileg is vizsgáltuk. Nagyintenzitású lézer segítségével egyszerre több foton elnyelését használtuk arra, hogy elektronokat szakítsunk ki az atommag vonzásából. A dolgozatom és más tanulmányok alapján akkoriban az az elképzelés alakult ki, hogy egy atomot nemcsak ionizálhatunk, hanem a benne lévő elektronokat a gerjesztett állapotok felé mozdíthatjuk el. Az atom a gerjesztés megszüntetésével fényt bocsát ki, amit fluoreszcens fénynek nevezünk. Az ötlet tehát az volt, hogy megvizsgáljuk ezt a fényt, hogy többet tudjunk meg az intenzív lézersugárzás elnyelésével történő gerjesztésről. Ez meglehetősen kézenfekvő ötlet volt. Máig lenyűgöz azonban, hogy valami teljesen újat láttunk. A lézer terjedésének irányában detektált fényben sok-sok magas felharmonikus komponens volt. A felharmonikus azt jelenti, hogy a frekvenciájuk a kezdeti lézerfény frekvenciájának egész számú többszörösével egyenlő. Még meglepőbb volt, hogy az egyre magasabb rendű felharmonikusok felé haladva az intenzitásuk csökkenését vártuk volna, de ehelyett egy állandó intenzitású platót láttunk. Vagyis a magas felharmonikusok majdnem ugyanolyan intenzitással rendelkeztek egy bizonyos határfrekvenciáig. Emlékezetes kísérleti felfedezés volt. Teljesen meghatározta a későbbi pályámat. Ebből az élményből kiindulva döntöttem úgy, hogy ezen a területen folytatom a kutatást, és még ma is ezt teszem.

Anne L’Huillier svéd-francia Nobel-díjas fizikus. Fotó: Kovács-Jerney Ádám

– Ma már kevés jelenséggel találkozik egy kísérleti fizikus, amit számítógépes szimulációk ne jeleznének előre. Akkoriban hogyan volt ez?

– Voltak szimulációk a kapcsolódó jelenségekről, a magas felharmonikusok megjelenése azonban olyan jelenség volt, amellyel a kutatók akkoriban még nem nagyon foglalkoztak. A jelenség megfigyelése után sokáig tartott az értelmezése: eleinte perturbációszámítással próbálkoztunk, amiből az következett volna, hogy minél magasabb rendű a felharmonikus, annál gyengébbnek kell lennie a jelnek. Mi pedig ennek az ellenkezőjét, egy intenzitás-platót tapasztaltunk. Valóban meglepő és igazi felfedezés volt számunkra.

– Milyen volt az 1987-es kísérleti felszerelése?
– Akkoriban egy eléggé kezdetleges pikoszekundumos impulzusú Yag-lézerrel dolgoztunk, ugyanis nem létezett még femtoszekundumos lézer. Volt egy kölcsönhatási kamránk régi, olajdiffúziós vákuumszivattyúkkal. Igazán régimódi berendezésnek számított. A felfedezés után már kulcsfontosságú lett, hogy a lézeres technológia fejlődjön, és ebben nagy szerepet játszott Gérard Mourou és Donna Strickland 1986-os lézererősítési eredménye, amelynek nyomán 1992-re nagyobb intenzitású femtoszekundumos lézert készíthettünk. Rögtön a jelenség észlelése után felvetődött ugyanis a kérdés: vajon előállíthatunk-e rendkívül rövid fényimpulzusokat, ha a képződő magas felharmonikusok konstruktívan adódnak össze? A 1990-es évek végén az elméleti szakemberek válasza az volt, hogy lehetséges a felharmonikusok fázisának összehangolása, a 2000-es évek elején pedig Pierre Agostini az attoszekundumos impulzussorozatok, Krausz Ferenc az egyedi attoszekundumos impulzusok mérésére adott kísérleti módszert.

– Az ön 1987-es felfedezése egy teljesen új fizikához vezetett. Gondolja, hogy hasonló utakat lehet még megnyitni a fizikában?

– Ebben egészen biztos vagyok. Még sok a felfedezni való a fizika számos területén. Bármelyik irányba indulunk, sok mindent kell még megértenünk. Rengeteg felfedezés vár ránk az atomfizikában, a kvantumfizikában, a kondenzált anyagok fizikájában vagy a kozmológiában. Ezek akár olyan területek is lehetnek, amelyeknek ma még a létezését sem ismerjük. Hiszen ki beszélt attoszekundumos tudományról 1987-es kísérletünk előtt!? Ebben rejlik egy kísérletes felfedezés ereje!

 Fotó: Kovács-Jerney Ádám

– Mit gondol, mi a következő időszak legfontosabb kihívása az attoszekundumos fizikában?

– Szerintem az, hogy igazolja az elkészült eszközeink és általában az attoszekundumos impulzusok felhasználhatóságának értékét. A kutatás Nobel-díja bizonyos értelemben azt a reményt fejezte ki, hogy ez a terület a teljes emberiséget szolgáló gyakorlati eredményeket ér majd el, elsősorban azáltal, hogy jobban megértjük az elektronok dinamikáját a komplex anyagban. Korábban az atomokon végeztünk demonstrációs kísérleteket; most már komplexebb rendszerekben, például molekulákban, kémiai reakciók során is meg lehet majd figyelni az elektronok mozgását.

– Mire számít, mi lesz a jövőbeli legfontosabb alkalmazás?

– Szerintem a félvezetőiparban fejlesztett alkalmazás lesz: az extrém ultraibolya hullámhosszú litográfia (EUVL) technológia következtében korszakváltás előtt áll a chipgyártás. Ebben a technológiában apró óncseppek felszínén nagy intenzitású lézerrel hoznak létre plazmát, és így keltik az EUV-fényt, amit a félvezető szilíciumlemezek litográfiájához használnak. Ez az alkalmazás már fejlesztés alatt van, és remélem, hogy a nem túl távoli jövőben más, hasonló alkalmazásokról is hallunk.

– Az ön lundi egyetemi kutatócsoportja együttműködik az SZTE és az ELI ALPS kutatóival. Mi volt a legnagyobb sikerük eddig?

– Számomra az a nagy siker, hogy az ELI ALPS kutatóközpont lézerei kiemelkedő paraméterekkel rendelkeznek. Ezek a legmodernebb lézerek a területen, segítségükkel világszínvonalú attoszekundumos nyalábvonalak készültek el, amelyek egyesítik a jelenlegi legfejlettebb fotonikai tudásunkat. Én magam az attoszekundumos fizika továbblépését már nem az alapjelenségekkel foglalkozó kutatóktól, hanem a gyakorlati alkalmazások fizikusaitól várom. Éppen ezért rendkívül fontos, hogy az ELI ALPS nyalábvonalai és berendezései megnyíltak a felhasználó kutatók számára.

 Fotó: Kovács-Jerney Ádám

– Az ELI ALPS nyalábvonalai között a SYLOS GHHG Long nyalábvonalát az ön kutatócsoportja tervezte. Állítólag egyedülálló a világon, hogy akár 55 méteres fókusztávolságú tükröt is használhatnak az attoszekundumos impulzusok előállításához.

– A SYLOS GHHG Long nyalábvonal nagy intenzitású attoszekundumos impulzusok előállítására szolgál. Az alapjelenség itt is az, hogy ultrarövid lézerimpulzusokat irányítunk gázsugárba, ahol lejátszódik az egyes gázatomok és a lézerimpulzus kölcsönhatásának eredményeként a magas felharmonikusok keltése. Az egyes atomok által kibocsátott elemi hullámok fázisillesztésével kapjuk az attoszekundumos fényimpulzusokat. Az újdonság az, hogy a szokásosnál nagyobb fókusztávolság miatt nagyobb lesz a lézer fókuszfoltja, és ezen a nagyobb területen fog megtörténni a gázatomok és a lézerfény kölcsönhatása. Az ELI ALPS-ban elegendően nagy impulzusenergiájú lézerek vannak, és ezeknek az energiáját nagyobb hatékonysággal használhatjuk fel, hogy nagyobb fotonszámú és nagyobb intenzitású attoszekundumos impulzussorozatokat keltsünk.

– A svéd sajtó önt a végtelenül kis jelenségek paparazzájának nevezte el. Vagy inkább érzi magát Karikó Katalinhoz hasonlóan ön is egy Colombónak, akinek mindig van még egy kérdése?

– A sajtó ezzel arra utalt, hogy az attoszekundumos fényimpulzusokat, akár egy nagyon rövid idejű vakuval rendelkező fotóeszközt tudjuk használni az anyagon belüli rendkívül gyors elektronmozgások tanulmányozására. A Colombo filmsorozatot pedig én is követtem, jól szórakoztam rajta, és egyetértek Karikó Katalinnal, valóban van valami közös a kutatómunkával, ahogyan Colombo visszafordul, és mindig feltesz még egy kérdést, mert meg kell értenie a problémát. Egy jelenség megértése olyan, akár a kirakós játék, amelynek minden egyes darabja fontos, de csak majd a teljes kép mutatja meg mi történt a kísérletben. Éppen ezért én a kitartást az egyik legfontosabb kutatói erénynek mondanám; következetesen kell folytatni a munkát egy problémán, nem szabad feladni.

– A Radio France Culture adónak nemrég arról beszélt, hogy könyvet készül írni. A Nobel-díjhoz vezető útról, akárcsak Karikó Katalin?
– Óh, én nem a nagy közönségnek szóló könyvet készülök írni, az én könyvem a fizikushallgatóknak szól majd. A diákok számára foglalnám össze a felharmonikusok és az attoszekundumos impulzusok fizikáját, amit csaknem negyven éve tanulmányozok részletesen.

Panek Sándor

A borítóképen: Anne L’Huillier svéd-francia Nobel-díjas fizikus. Fotó: Kovács-Jerney Ádám