צורת ההבזק

הבזקי הלייזר במעבדתה של פרופ' נירית דודוביץ הם מהמהירים שנוצרו אי פעם – מהירים מכדי לקבוע במדויק מה אורכו או צורתו של כל הבזק הנמשך אטו-שניות (מיליארדיות של מיליארדית השנייה). בעיית המדידה של הבזקים אולטרה-מהירים מלווה את מדע האטו-שניות מימיו הראשונים: אפשר אמנם למדוד את אורכי הגל שמרכיבים את ההבזק (הצבעים), אך את הפאזה של כל צבע אי-אפשר למדוד באופן ישיר. בעיה זו מכונה "בעיית שחזור הפאזה". כדי להתמודד עם הבעיה, חברה פרופ' דודוביץ מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע, לעמיתה למחלקה פרופ' דן אורון ולפרופ' בועז נדלר מהמחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית.

"פרופסור נדלר הוא שכן שלי. כשהסתובבנו פעם בשכונה עם הילדים, שאלתי אותו שאלה כלשהי. עד כה, השאלה הובילה כבר לחמישה מאמרים שכתבנו במשותף עם פרופסור אורון", מספרת פרופ' דודוביץ. במחקר הנוכחי, שבו מיושם אלגוריתם חדשני לבעיה ארוכת שנים בפיסיקה ניסויית, שיתוף הפעולה עם פרופ' נדלר היה בחירה טבעית.

קיימות כמה שיטות לעקוף את בעיית שחזור הפאזה, אבל הלכה למעשה, הן מאתגרות מאוד לביצוע. ד"ר אורן רז, שהיה בעבר תלמיד מחקר בקבוצתה של פרופ' דודוביץ, העלה רעיון לדרך חדשה: לשלב שני הבזקי לייזר אולטרה-מהירים ולמדוד אותם ביחד, כך שהשילוב בין השניים יפעל כהולוגרמה. בפיסיקה נעשה שימוש בהולוגרפיה כדי לנתח תמונות תלת-ממדיות של עצמים במרחב. במחקר הנוכחי, יישמו המדענים את הרעיון כדי להדגים הולוגרמה זמנית ארבע-ממדית. תיעוד ההולוגרמה, בשילוב עם הכרת דפוס ההתאבכות של כל אחד משני ההבזקים, אפשרו לחוקרים לשחזר את הפאזות של שני גלי האור. "זהו רעיון שאפשר, באופן תיאורטי, ליישם לצורך מדידת תופעות קוונטיות שונות – למשל, שחזור צורתם של חלקיקים אטומיים מתוך ההתאבכות בדפוסי העקיפה שלהם", אומרת פרופ' דודוביץ.

ד"ר רז, ששב באחרונה למכון כדי לעמוד בראש קבוצת מחקר, פרסם את המחקר התיאורטי שלו בעודו תלמיד. המעבר מהתחזית התיאורטית להדגמה ניסויית היה צעד מאתגר, שדרש כמה שנים של שיתוף פעולה בין מדענים מתחומים שונים. נוסף על שיתוף הפעולה עם פרופ' נדלר, ד"ר אורן פדהצור מהקבוצה של פרופ' דודוביץ וד"ר בן לשם מהקבוצה של פרופ' אורון, עבדו החוקרים גם עם קבוצת מדענים איטלקים במתקן של לייזרים אולטרה-מהירים באוניברסיטת פוליטכניקו של מילאנו. התוצאות, אומרת פרופ' דודוביץ, היו מדהימות: "הצלחנו למדוד את צורת ההבזקים בדיוק של אטו-שנייה באמצעות מדידה ספקטרלית ישירה פשוטה. עובדה זו עשויה לשנות כמה תפיסות קיימות בתחום: הראינו שאפשר למדוד משהו מהיר מאוד עם גלאי איטי בהרבה – איטי יותר בשנייה שלמה ואף יותר".