I fisici della Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) e della Friedrich Schiller University Jena (FSU) hanno compiuto un salto di qualità nella ricerca sulla luce. Sono riusciti a catturare il comportamento di impulsi laser estremamente brevi durante la messa a fuoco mediante una risoluzione spaziale e temporale molto elevata. I risultati sono di fondamentale importanza per la comprensione delle interazioni tra luce e materia e consentiranno di controllare i movimenti degli elettroni e le reazioni chimiche in una misura che prima non era fattibile. Queste intuizioni sulla fisica fondamentale saranno particolarmente utili per ulteriori ricerche su nuove sorgenti di radiazioni e nel campo dell'elettronica delle onde luminose. I ricercatori hanno recentemente pubblicato i loro risultati sulla principale rivista specializzata Fisica della natura .

Impulsi di luce ultracorti con una gamma di spettro ottico così ampia che i raggi appaiono bianchi sono di uso comune al giorno d'oggi. Tra l'altro vengono utilizzati per esaminare la retina dell'occhio mentre in fisica vengono impiegati per controllare processi a livello atomico e analizzarli al rallentatore. In quasi tutte queste applicazioni, gli impulsi laser bianchi devono essere focalizzati. Poiché è la forma specifica dell'onda luminosa che determina come gli elettroni, Per esempio, si muoverà al suo interno, è essenziale conoscere in dettaglio l'aspetto reale del raggio laser focalizzato.

Per capire meglio perché, pensa a una nave in mare in tempesta. Il timoniere non solo deve sapere quanto sono alte e quanto sono lunghe le onde, ma deve anche tenere d'occhio le onde in arrivo per sapere quando colpiranno la nave per trovare un percorso sicuro fino alla cresta dell'onda su un lato e giù dall'altro. Nello stesso modo, è importante che i ricercatori sappiano come e dove il massimo di un'onda luminosa colpirà gli elettroni in un esperimento o in un'applicazione per avere un'influenza mirata su di essi. Le modifiche e la propagazione delle onde luminose in un campo elettrico avvengono su una scala temporale di poche centinaia di attosecondi, in altre parole, entro un miliardesimo di miliardesimo di secondo. Fino a poco tempo fa, non è stato possibile misurare l'esatta distribuzione delle depressioni e dei picchi d'onda al fuoco di un raggio laser su questa scala temporale.

I ricercatori di Erlangen e Jena hanno ora raggiunto questo obiettivo focalizzando gli impulsi laser su una punta di metallo affilata nanometrica, facendo sì che la punta emetta elettroni. Questi elettroni agiscono come una sorta di sensore che consente ai ricercatori di interpretare la forma esatta dell'onda luminosa.

Guardare viaggiare leggeri

Quasi 130 anni fa, il fisico francese Louis Georges Gouy (1854-1926) osservò e descrisse uno sfasamento che si verificava durante la focalizzazione della luce monocromatica quando veniva introdotta l'interferenza. Questo effetto è stato chiamato "fase di Gouy" dal nome del suo scopritore e per molto tempo si è ipotizzato che l'effetto sarebbe stato lo stesso nel caso degli spettri laser bianchi, che consistono di molti colori di luce. I risultati ottenuti nel progetto congiunto si sono aggiunti alla nostra comprensione dell'effetto, in modo che anche quando si tratta di brevi impulsi di luce - e per rimanere con la metafora per il momento - nessun capitano sarà colto di sorpresa da onde inaspettate in futuro.