Quando la luce interagisce con uno specchio che si muove verso di esso a una velocità prossima a quella della luce, la sua lunghezza d'onda viene spostata nella regione ultravioletta estrema dello spettro. Questo effetto è stato previsto per la prima volta da Albert Einstein. La sua teoria fu confermata sperimentalmente quasi 100 anni dopo, in seguito allo sviluppo di sorgenti luminose laser ad alta intensità. I fisici laser del Laboratory for Attosecond Physics (LAP) del Max Planck Institute for Quantum Optics in Garching (MPQ) e LMU hanno ora caratterizzato il fenomeno in dettaglio in condizioni controllate e lo hanno sfruttato per generare lampi di luce ad attosecondi ad alta intensità. Inoltre, mostrano che questi impulsi possono essere modellati con una precisione senza precedenti per l'uso nella ricerca sugli attosecondi.

Di regola, questi impulsi ultracorti vengono creati consentendo alla luce laser coerente di interagire con un campione di un gas nobile, come lo xeno. Però, questo metodo ha un grave inconveniente:gli impulsi risultanti hanno basse energie. Un approccio alternativo alla generazione di impulsi ad attosecondi fa uso di specchi oscillanti relativisticamente. In questo caso, la luce non interagisce con un gas, ma con una superficie solida in silice fusa.

Una piccola porzione della luce incidente serve a ionizzare la superficie del vetro, creando così un plasma – una nuvola densa composta da elettroni liberi e praticamente immobile, ioni atomici carichi positivamente. Questo stato di cose può essere paragonato a quello riscontrato nei metalli normali, in cui una frazione degli elettroni può muoversi liberamente attraverso il materiale. Infatti, questo plasma superficiale denso si comporta come uno specchio rivestito di metallo. Il campo elettrico oscillante associato alla luce che colpisce questo specchio fa oscillare la superficie del plasma a velocità di picco prossime a quella della luce stessa. La superficie oscillante riflette a sua volta la luce incidente. Come conseguenza dell'effetto Doppler, la frequenza della luce in ingresso viene spostata nella regione dell'ultravioletto estremo (XUV) dello spettro - e maggiori sono le velocità di picco, maggiore è lo spostamento di frequenza. Poiché le durate delle oscillazioni dello specchio alla massima velocità sono estremamente brevi, Gli impulsi di luce XUV della durata di attosecondi possono essere filtrati spettralmente. In modo cruciale, questi flash hanno un'intensità di gran lunga maggiore di quelli che possono essere generati dall'interazione convenzionale in fase gassosa. Infatti, le simulazioni suggeriscono che dovrebbero raggiungere energie dei fotoni dell'ordine dei kiloelettronvolt (keV).

In collaborazione con scienziati dell'ELI (Extreme Light Infrastructure) di Szeged in Ungheria, la Fondazione per la ricerca e la tecnologia – Hellas (FORTH) a Heraklion (Grecia) e l'Università di Umeå in Svezia, il team guidato dal professor Stefan Karsch è stato in grado di acquisire nuove e preziose informazioni sull'interazione della luce laser pulsata con superfici solide oscillanti in modo relativistico. Hanno prima analizzato il profilo di intensità e la distribuzione dell'energia degli impulsi ad attosecondi risultanti, e la loro dipendenza dalla "fase dell'inviluppo portante" dell'impulso laser in ingresso di pilotaggio in tempo reale. "Queste osservazioni ci permettono di definire le condizioni richieste per la generazione ottimale di impulsi di luce ad attosecondi utilizzando lo specchio al plasma oscillante, "dice Olga Jahn, il primo autore dello studio. "Siamo stati in grado di dimostrare che i lampi di luce XUV ad attosecondi isolati possono effettivamente essere prodotti da impulsi ottici costituiti da tre cicli di oscillazione". I risultati del team LAP consentiranno di semplificare e standardizzare la procedura necessaria per generare impulsi ad attosecondi mediante specchi al plasma. Le intensità relativamente elevate raggiunte aprono nuove opportunità per la spettroscopia ultravioletta, e promettono di svelare nuovi aspetti del comportamento molecolare e atomico.