נירית דודוביץ

פרס קריל 2013
מכון ויצמן למדע

ד"ר נירית דודוביץ (Dr. Nirit Dudovich) 

תחומי מחקר:

חקר תופעות אולטרה מהירות

ד"ר נירית דודוביץ היא פיסיקאית שהצטרפה בשנת 2007 למחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע. במעבדתה החדישה, היא מפעילה מערכות לייזר ה"יורות" הבזקי אור שנמדדים באטו-שניות. אטו-שנייה היא מיליארדית מיליארדית של שנייה. מהר יותר מסיבוב של גל אור בתחום הנראה.

עד לאיזו רמה אפשר לתעד ולהבין תהליכים מהירים מאוד? כאשר, למשל, "תולשים" אלקטרון ממולקולה, מתארגנים האלקטרונים הנותרים מחדש כדי לשמור על שיווי המשקל של המטענים החשמליים במולקולה. כיצד מתבצע הארגון מחדש? תוך כמה זמן הוא מתבצע? בעבר פטרו המדענים את השאלות האלה באמירה, כי לאחר "תלישת" אלקטרון ממולקולה יוצרים האלקטרונים הנותרים "מיד" שיווי משקל חדש. הביטוי "מיד" שיקף את העובדה, שמערכות המעקב אשר עמדו לרשות המדענים הראו היווצרות מידית של מערך אלקטרונים חדש, ללא שלבי ביניים. אבל העובדה הזאת היא רק עוד דוגמא לדרך שבה מגבלות הטכנולוגיה מגבילות גם את המחקר המדעי.

ככל שהתהליך הטבעי הנחקר מתחולל במהירות רבה יותר, "מצלמת" הלייזר הנדרשת לצורך "הקפאת" שלבי התהליך חייבת להפיק הבזקי לייזר קצרים ומהירים יותר. במשך מספר שנים היו הלייזרים המהירים ביותר שעמדו לרשות המדענים מסוגלים להפיק הבזקים שנמשכים מספר מיליוניות-מיליארדיות של שנייה ("פמטו שניות"). מדובר בהבזקים מהירים מאוד, שמאפשרים לחקור תגובות מולקולריות. אבל תנועה של אלקטרונים באטום או במולקולה מתחוללת בפרקי זמן קצרים עוד יותר. כדי לחקור ו"להקפיא" תנועה כזאת, נדרשו "מצלמות" מהירות יותר. וכאן, פחות או יותר, העסק נתקע למשך כמה שנים.

המפתח להתגברות על מגבלה זו נמצא במערכת יחסי הגומלין שבין אור הלייזר  לחומר. הניסוי מתחיל בהפעלת הבזקי לייזר רבי עוצמה שמשכם כמה פמטו-שניות.  קרינה כזאת, המשוגרת לעבר מולקולות מסוימות, עשויה "לתלוש" את אחד מהאלקטרונים הנעים במולקולה, דבר שיכול לאפשר לאלקטרון "לברוח" ולצאת ל"טיול קצר" – תופעה קוונטית הקרויה "מינהור". ה"טיול הקצר" מוביל את האלקטרון בחזרה אל מולקולת האם שלו. כאשר האלקטרון שיצא ל"טיול" חוזר ונכנס למולקולה, הוא גורם בכך לפליטת פוטון (חלקיק אור) באורך גל קצר בהרבה מזה של האור הנראה. כל התהליך מתחולל במשך זמן הקצר יותר מאורך המחזור של גל האור. שיטה זו אפשרה את ייצורם של לייזרים ה"יורים" הבזקים באורך של עשרות "אטו-שניות".

לייזרים כאלה מסוגלים לצלם ו"להקפיא" את תנועת האלקטרונים באטומים או במולקולות, דבר שיצר שדה מחקר חדש שבו, באמצעות סדרה מהירה של תצלומים, אפשר לעקוב אחר שינויים במיקום האלקטרונים במערכות שונות. לדוגמא, תיעוד שלבים שונים בתנועותיהם של אלקטרונים בתהליך ההתפרקות מולקולה מסוימת.

בניסוי שבוצע באחרונה הצליחה ד"ר דודוביץ למדוד את משך הזמן הנדרש לאלקטרון כדי "לזלוג" ו"לברוח לרגע" ממקום שבו היה מצוי.  "זליגה" זו היא תופעה קוונטית הקרויה מינהור, אשר נובעת מהאופי הגלי של החלקיקים. מדובר באחת התופעות הבסיסיות בתורת בקוונטים, והיא מאתגרת את דמיונם של הפיסיקאים כבר עשרות שנים, בעיקר מכיוון שאין לה דוגמה מקבילה בעולם ה"רגיל". מינהור קוונטי מופיע במיגוון רחב של תופעות בטבע. ד"ר דודוביץ חוקרת סוג מסוים של מינהור, אשר מתחולל כתוצאה מהפעלת שדה לייזר חזק. תופעה זו מתרחשת בחלון הזדמנויות צר במיוחד, שנמשך כ-200 אטו-שניות בלבד (משך הזמן שבו גל האור נמצא בשיאו). מכיוון שחלון ההזדמנויות הוא קצר כל כך, מדענים לא הצליחו , עד כה, למדוד את זמן התרחשות התופעה באופן ישיר.

מחקריה של ד"ר דודוביץ בתחום מדעי חדש זה מעניקים מבט עמוק יותר לתוך עולמה של הפיסיקה האטומית ושופך אור חדש על תופעות שמעצבות את התגובות הפיסיות והכימיות של החומרים השונים. הידע הבסיסי שעולה ממחקרים בתחום זה עשוי לשמש בסיס לטכנולוגיות עתידיות רבות עוצמה.

זוכי פרס קריל

// order posts by year $posts_by_year;