Wetenschappers genereren kortste laserpuls tot nu toe

Een onderzoeksteam van de Universiteit van Central Florida heeft de kortste laserpuls tot nu toe weten te genereren. Hun prestatie biedt wetenschappers in de quantummechanica nieuwe mogelijkheden voor het verzamelen van informatie.

De resultaten van het onderzoek zijn terug te vinden in een online voorpublicatie van het wetenschappelijke tijdschrift Optics Letters. De onderzoekers, die onder leiding staan van professor Zenghu Chang, wisten een laserpuls te produceren van 67 attoseconden. Een attoseconde duurt een triljoenste van een seconde. Voor het genereren van de puls gebruikten de wetenschappers een zelfontwikkelde techniek met de naam Double Optical Gating (DOG). Hierbij worden twee verschillende gating-technieken gecombineerd om zo de maximale hoeveelheid energie in de kortst mogelijke puls te stoppen. Voor het meten van de puls werd ook een speciale en extreem snelle camera ontwikkeld, genaamd de Phase Retrieval by Omega Oscillation Filtering (PROOF).

De ontwikkeling is enthousiast ontvangen onder wetenschappers. De mogelijkheid om met extreem korte laserpulsen te werken stelt hen in staat atomen op een nog kleinere schaal te bestuderen. Door de pulsen steeds verder in te korten, wordt het mogelijk om elektronen direct te zien bewegen en scheikundige reacties op de voet te volgen.

Laserpulsen werden in 2001 voor het eerst in attoseconden gemeten, het vorige record stamt uit 2008 toen wetenschappers aan het Max Planck Instituut in Duitsland een puls van 80 attoseconden wisten te produceren.

Reacties (31)

[bwerg]

Voor degenen die geen zin hebben in rekenwerk: dat is dus een lichtpuls van 0,02 micrometer lang, oftewel 0,00002 millimeter.

[Koen T.]

Voor degenen die nog minder zin hebben in rekenen: dat is 400 waterstofatomen breed.

[bstard]

Ik ben wel benieuwd naar hoe dat eruit gaat zien, dat bewegen van een qm deeltje zoals een electron. Ik denk dat je niet zozeer iets ziet bewegen, maar de waarschijnlijkheids wolk ziet ontstaan.

[PCBaas]

Die waarschijnlijkheid is puur theoretisch (quantum mechanica). In de praktijk is er helemaal geen "waarschijnlijkheids wolk", maar is er wel degelijk een elektron die met een snelheid die grenst aan de lichtsnelheid om de kern heen vliegt.

In 67 attoseconde legt het elektron (67E-18 s * 3E8 m/s =) ~2E-8 meter af. De diameter van een atoom is ~1 Angstrom, dus in die meettijd draait een elektron alsnog (2E-8/[1E-10*phi]) ~60 keer om de kern heen. Zo goed kun je het elektron dus ook niet "volgen".

[KarmaniaK]

Die waarschijnlijkheid is niet puur theoretisch, maar ook meetbaar, en zelfs zichtbaar te maken. Zie bijvoorbeeld het beroemde "double slit experiment". Daarin schieten ze enkele fotonen (licht """deeltjes""", maar het kunnen even goed elektronen zijn ivm de golf-deeltjes dualiteit) door een muur met twee spleten heen. Als ze meten of het foton door de bovenste of onderste spleet gaat, dan kunnen ze dat zien, maar dan komt het foton achter het scherm ook gewoon boven of onder terecht. Maar als ze niet meten door welke spleet het foton gaat, dan gaat het enkele foton door beide spleten tegelijk - het veroorzaakt namelijk een interferentiepatroon als dit experiment bijvoorbeeld 400x herhaald wordt, c.q. het foton dooft zichzelf uit door te interfereren met zichzelf op het scherm erachter. Zie onderstaande foto.

http://upload.wikimedia.o...nt_results_Tanamura_2.jpg

Als de waarschijnlijkheidstheorie slechts theoretisch was, dan zou het ondenkbaar zijn dat je een interferentiepatroon zou kunnen zien bij één enkel deeltje; het kan namelijk nooit "echt" door twee spleten tegelijk gaan...? Maar toch ontstaat dat interferentiepatroon. Dat is behoorlijk 'hard', niet slechts theoretisch meer.

[Reactie gewijzigd door KarmaniaK op 1 augustus 2024 06:53]

[Blokmeister]

Die waarschijnlijkheid is puur theoretisch (quantum mechanica). In de praktijk is er helemaal geen "waarschijnlijkheids wolk", maar is er wel degelijk een elektron die met een snelheid die grenst aan de lichtsnelheid om de kern heen vliegt.

Nogal een statement dat je zegt dat er geen waarschijnlijkheidswolk (dus zonder spatie) is. Kwantummechanica voorspelt wel degelijk dat elk deeltje bestaat uit een golffunctie. Hierdoor is dit deeltje -laten we uitgaan van een elektron, op meerdere plekken tegelijk, met meerdere momenta tegelijkertijd. Op het moment dat één van deze twee observabelen gemeten wordt, zal het elektron vervallen naar een eigenstaat van de gemeten observabele (Kopenhageninterpretatie), zoals Amanoo ook zegt.

Het statement dat jij maakt is in strijd met honderd jaar metingen, in combinatie met Occam's Razor.

[RoyK]

Ik ben totaal geen kenner op dit vlak en mijn oren klapperen aan alle kanten. Maar, wat gebeurd er dan als men ooit een puls kan generen van 10 attoseconden, of misschien zelfs 1 attoseconde. Wat betekend dit voor het observeren?

[Rey Nemaattori]

Die waarschijnlijkheid is puur theoretisch (quantum mechanica). In de praktijk is er helemaal geen "waarschijnlijkheids wolk", maar is er wel degelijk een elektron die met een snelheid die grenst aan de lichtsnelheid om de kern heen vliegt.

In 67 attoseconde legt het elektron (67E-18 s * 3E8 m/s =) ~2E-8 meter af. De diameter van een atoom is ~1 Angstrom, dus in die meettijd draait een elektron alsnog (2E-8/[1E-10*phi]) ~60 keer om de kern heen. Zo goed kun je het elektron dus ook niet "volgen".

Die waarschijnlijkheidswolk komt voor uit Heisenberg's onzekerheids principe: Je kan nooit de snelhed én de lokatie van een quantumdeeltje bepalen. Je kan electronen op die manier ook niet 'zien' ronddraaien om de kern, omdat je dan zou weten waar het is(en met 2 of meer metingen en het afstandsverschil ook de snelheid). Je kunt dus wel weten waar het deeltje hoogst waarschijnlijk is, en dat kun je idd plotten als een wolk met toenemende waarschijnlijkheid op de plek waar 't deeltje daadwerkelijk is.

[WigaDan]

Nederland wordt steeds slimmer .nl

[Amanoo]

Ik weet niet, zodra je iets observeert vervalt het toch in een van zijn superposities?

[Rudie_V]

Electron Gets Film Debut In First-Ever Video Of Its Kind http://www.sciencedaily.c.../2008/02/080222095358.htm

En hier nog een youtube filmpje:
http://www.youtube.com/watch?v=ofp-OHIq6Wo

[Reactie gewijzigd door Rudie_V op 1 augustus 2024 06:53]

[Carrein]

Wat ik me nu afvraag is hoe lang die puls (in lengte) die puls is. Overlaats was er een artikel op TED over een camera die licht kon filmen, en daarbij is de puls ruwweg 2cm lang. Hoe verhoudt deze puls zich daartoe? Ik kan een attoseconde niet echt plaatsen .

*edit* het bewuste artikel: http://www.ted.com/talks/...on_frames_per_second.html

*edit2* bwerg was me voor .

[Reactie gewijzigd door Carrein op 1 augustus 2024 06:53]

[knirfie244]

Ik vraag me meer af hoe ze dit meten/verifiëren. 67 attoseconden is niet meer met een stopwatch te timen ofzo.

Als je het digitaal zou willen samplen (waar ik niet van uit gaan dat ze doen) dan zo je een instrument moeten hebben dat dat op de exahertz schaal werkt (1 miljoen terrahertz).

[johnkeates]

Je hebt niet altijd apparaten nodig he.. rekenen kan ook nog op papier, en gewoon iets bewijzen is goed genoeg. Dat je er geen normale-mensen-meter naast kan houden is niet zo relevant in dat stadium.

[sterreke]

Dit artikel deed me ook meteen aan die TED-talk denken

Ik denk dat je met deze laser, de camera van de TED-talk, en een heleboel spiegels mooie effecten kunt creëren

[LxxFxx]

Zouden ze die extreem snelle camera PROOF genoemd hebben en er dan een betekenis bij verzonnen hebben? Ik vind het nogal mooi uitkomen.

[MneoreJ]

Dat heet een backronym en uiteráárd is dit er een van, er is niet plotseling iemand van zijn stoel gevallen met "tsjongejonge, weet je wat dat toevallig ookk spelt?"

[suprcow]

als iets sneller dan het licht is zou dit niet ook betekenen dat het voor ons niet waarneembaar meer is of onzichtbaar word omdat het licht wat op een object zou weerkaatsen door ons als mens niet meer waarneembaar is, zeker als een object van de waarnemer vandaan beweegd? dan heeft het licht ook geen tijd meer om bij het object te komen omdat het sneller dan het licht is en kan er ook niets meer weerkaatsen zodat het voor ons waarneembaar is... hmm intressante gedachte ik verstop me weer even

[bwerg]

Ik zie niet helemaal wat die gedachte te maken heeft met dit artikel, want het gaat hier helemaal niet over snelheden. Maar om je vraag te beantwoorden: volgens de huidige geaccepteerde modellen is het helemaal niet mogelijk om sneller te gaan dan het licht. Nadenken over wat er dan zou gebeuren heeft dan ook weinig zin.

[Nibbz]

toch leuke OT

Als we hier toch bezig zijn over de snelheid van het licht... hier komt een stelling die ik niet snap:

Stel: Ik zit in een ruimteschip die zich met 0,999999% van de lichtsnelheid verplaatst. Als ik een zaklamp aan zou doen die naar voren schijnt, zie ik dat licht, met de snelheid van het licht van mij af bewegen.

Dat zou toch betekenen dat het licht uit die zaklamp sneller gaat dan het licht?

[Dekker3D]

Het is eigenlijk best simpel.

Energie heeft zelf ook een minieme hoeveelheid massa. Momentum is gewoon kinetische energie... en snelheid is gewoon een functie van momentum / massa.

Dus op een gegeven moment bereik je zoveel momentum dat je zoveel extra massa krijgt van al die kinetische energie dat je niet meer sneller kan (je eigen massa valt in het niets bij de massa van die energie en komt dus in de buurt van de maximumsnelheid van energy-.... oftewel het licht). Alles wat zich op die snelheden beweegt vertraagd dus. Ook je eigen ervaring van alles. Dus in jouw eigen ervaring kan je wel sneller dan het licht, alleen veroudert het universum om je heen zich veel sneller dan jij en je ruimteschip.

Binnen een ruimteschip met 0.99c zou je nog steeds een lichtbundel met de snelheid van het licht zien bewegen. Ik weet niet wat de snelheid van de lichtbundel zou zijn (waarschijnlijk nog steeds 1.00c), maar je ervaring zou zoveel vertraagd zijn dat het zich met 1.00c schijnt te bewegen ten opzichte van jou.

Kort gezegd.. als je een schip hebt wat snel genoeg is kan je in je eigen leven overal komen waar je maar wilt... maar voor de rest van de wereld is het nog steeds alsof je nooit sneller bent geweest dan het licht. Alles wat je ooit gekend hebt is dan verouderd of dood. Dat is waarom we een sneller-dan-licht techniek willen hebben...

[Reactie gewijzigd door Dekker3D op 22 juli 2024 18:43]

[Ravocs]

Als natuurkundige in opleiding moet ik hier toch even op reageren.

Energie heeft zelf ook een minieme hoeveelheid massa.

Nee, energie is massa via E=mc²

Momentum is gewoon kinetische energie

Nee, momentum (impuls in het nederlands) wordt als volgt gedefinieerd:

p=m*v

en heeft dus als eenheid kg*m/s, terwijl energie de eenheid kg*m²/s²

en snelheid is gewoon een functie van momentum / massa

Dat klopt dan wel weer

Nouja, zo gaat het nog een tijdje door. Waar het op neerkomt is het volgende. Als je met snelheden richting c (299.792.458 m/s) gaat, dan kom je dus inderdaad in het relativistische gebied terecht. Ook al zou je een lichtstraal afschieten terwijl je zelf 0.9c gaat, dan zien alle waarnemers dat de snelheid van de lichtstraal gewoon c is.

Stel nu dat je op de aarde zit. Er vliegt een raket voorbij, je meet de snelheid: 0.9 c. Terwijl de raket voorbij vliegt haalt een andere raket deze raket in met 0.4 c. Wat is de snelheid van de tweede raket? Normaal gesproken zou je dus zeggen: 0.9 + 0.4 = 1.3c. Maar de Lorentz transformaties vertellen ons dat het 0.9559c is.

Dus alles werkt anders dan voor je gevoel zo is met lichtsnelheden. Om te reageren op Noeandee hieronder: je klok gaat langzamer lopen! Stel je de situatie voor van een tweeling. Op een gegeven moment zijn ze allebei 18. Stel, de ene (A) gaat nu met een supersnelle raket een toeristische reis door het heelal maken, de ander (persoon B ) blijft achter. Als A terug komt na een (voor zijn ervaring) reis van 10 jaar, kan B wel 40 jaar ouder zijn geworden!
Dit komt omdat als je sneller gaat, jouw tijd daadwerkelijk langzamer gaat lopen. GPS satelieten moeten hier rekening mee houden, anders geven ze zomaar een paar meter verkeerd jouw positie aan (bedenk dat ze met een enorme snelheid door om de aarde scheuren!)

Lengtes worden juist korter als je bij c in de buurt komt. Als je dus hard genoeg loopt kan je een ladder van 10m lang in een schuur van 8m krijgen, en de deuren heel snel dicht doen (en weer open, anders botst de renner ).
Maar hoe kan dat dan? Want stel dat je met de 'lopende' persoon meereist, dan lijkt hij dus stil te staan en de schuur heel hard te bewegen, dan wordt de schuur zelfs nog korter!
Maar die lopende persoon ziet niet beide deuren tegelijk dicht gaan, voor hem gaan ze één voor één dicht!

Welkom in de wondere wereld van de relativiteit!

[Reactie gewijzigd door Ravocs op 22 juli 2024 14:28]

[Noeandee]

Dat is toch gek. Lichtsnelheden zijn toch gewoon uit te drukken in km/u (even om het begrijpelijk te maken). Dus als ik mijn ruimteschip aanzet, mijn licht-motor aanzet en gas geef naar de maan, dan is toch niet plotseling alles en iedereen verouderd of dood is, als ik een paar milliseconden later aankom? Mijn klok zal niet opeens harder gaan lopen daardoor?

En als ik sneller dan het licht reis (even los van weerstanden, massa), dan betekent dat toch simpelweg dat ik voor jullie onmeetbaar ben geworden. Maar dat wil niet zeggen, dat mijn massa opeens foetsie is, of dat het helaal opeens veroudert. Ik ben gewoon retesnel en niet meer zichtbaar.

(totale leek)

[Stukfruit]

In een trein vlieg je toch ook niet met 120km p/u het hele gangpad door wanneer deze net zo snel rijdt?

Dus in principe gaat het licht uit de zaklamp dan niet sneller dan lichtsnelheid. Denk ik
Maar snelheid is relatief.

Blijft een raar iets, die relatieve snelheden.

[Fealine]

Maar wanneer je een bal in die trein naar voren schiet met 20 km/uur dan gaat die bal effectief voor iemand die buiten de trein naar de bal kijkt wel 140 km/uur.

[DigitalExorcist]

Als je in achterin de Concorde (mits die nog zou vliegen, natuurlijk) zou zitten en die vliegt sneller dan het geluid, hoor je de passagiers voorin in het vliegtuig toch ook niet?

[CyBeR]

Not sure if serious...

[Pmf1971]

Nee, licht uit de zaklamp gaat gewoon met lichtsnelheid. Het feit dat jij het van je af ziet bewegen met lichtsnelheid, ondanks dat jij zelf oook bijna met lichtsnelheid voortbeweest, komt door het fenomeen "time-dilatation" omdat je als massa bijna met c voortplant, gaat de tijd bij jou ook veel langzamer. Licht heeft even voor het makkelijke geen massa, dus die heeft geen time dilatation.

Iemand die het geheel van buitenaf bekijkt, ziet wel die licht bundel heel langzaam van je af bewegen.

Nog grappiger: als jij met 0,999999 c (in absolute eenheden) voortbeweegt, lijkt het voor jou alsof je met 999999 c voortbeweegt (relatief), iaw voor jou lijkt het alsof je het heelal doorkruist met ontzagwekkende snelheid. Voor jou lijkt het alsof je van de ene naar de andere kant van het heelal reist in enkele minuten.

[Reactie gewijzigd door Pmf1971 op 1 augustus 2024 06:53]

[suprcow]

nou het ging over atomen die de snelheid van het licht benaderen, ik vroeg me af of je die nog wel waar kon nemen als ze versneld zouden worden tot de snelheid van het licht
en het had een lichtelijk raakvlak met lasers en licht omdat als de golflengte korter word
je dus een steeds kleine periode hebt dat het licht inslaat en er dus iets ook maar veel korter is waar te nemen wat moeilijkheden kan opleveren maar excuus als het je te offtopic was

[scsirob]

Hebben ze hiermee de slechtste batterij ter wereld uitgevonden?
67 Attoseconde later; Damn, nou al leeg...

[ATS]

Hoe intens is deze puls dan? Ik bedoel: kort is één, maar de truc is toch juist om zoveel mogelijk energie in die ultra-korte puls te krijgen?