Інструменти світла. За лазери нарешті дали Нобеля
У 1997-му американський фізик-експериментатор Стівен Чу разом з двома іншими вченими отримав Нобелівську премію за дослідження в області охолодження і уловлювання атомів з використанням лазерних технологій. Одним з головних інструментів, за допомогою яких були зроблені ці дослідження, став оптичний пінцет, розроблений ще в кінці 70-х Артуром Ашкиным. Через майже 50 років після винаходу оптичного пінцета його творцеві вирішили вручити Нобелівську премію — 96-річний Артур Ашкин став одним з трьох лауреатів 2018-го.
Ще двох вчених — Жерара Муру і Донну Стрікленд — відзначили за техніку посилення чирпированных імпульсів (CPA). Цей метод Стрікленд та її науковий керівник Муру запропонували ще в 1985-м. CPA може використовуватися в абсолютно різних областях: пересування предметів за допомогою лазера, медицині (зокрема, лікуванні раку), прискорення частинок.
Примітно, що оголошення лауреатів затримали хвилин на 10, так що журналісти вже почали говорити про те, що журі ніяк не може домовитися, кого ж відзначити. Нобелівський комітет завжди підкреслював, що нагороджує за досягнення, перевірені часом. У випадку з Ашкиным часу, судячи з усього, було надто багато. "Доктор Ашкин, якому ми зателефонували, сказав, що не зможе взяти участь в обговоренні, оскільки зайнятий своєю науковою роботою", — заявили в Нобелівському комітеті після того, як подзвонили вченому розповісти про нагороду. Ашкин, до речі, ще з 1992-го на пенсії.
Премію поділили так: половина — Ашкину, а Муру і Стрікленд — по 25%. Нагадаємо, розмір премії цього року становить 9 млн шведських крон — трохи більше $1 млн. Ашкин, до речі, побив "віковий рекорд Нобеля": до цього найстаршим лауреатом був американський фізик Реймонд Девіс-молодший, якого в 2002-му нагородили за розвиток астрофізики. Йому тоді було 88 років.
Донна Стрікленд стала третьою в історії Нобелівської премії жінкою, яка отримала нагороду в галузі фізики. Першою премію отримала Марія Склодовська-Кюрі у 1903-му (вона також була удостоєна премії з хімії), а в 1963-му нагороду здобула Марія Гепперт-Майєр за внесок у теорію атомного ядра й елементарних частинок.
Оптична пастка
Артур Ашкин народився у Брукліні в сім'ї емігрантів. Його батько приїхав до Америки з Одеси, мати — з Галичини. Американський фізик, винахідник, піонер в області створення оптичних пасток також відомий дослідженнями в області фоторефракции, генерації другої гармоніки та нелінійної оптики в волокнах — Ашкин став автором багатьох дослідницьких робіт і володарем 47 патентів.
Читайте також: Гальма для раку. За що дали Нобелівку з медицини
У вченого була мрія — змусити промені світла робити корисну роботу і пересувати об'єкти. І йому вдалося реалізувати цю мрію, створивши оптичні пастки, які стали відомі як оптичні пінцети.
За допомогою оптичних пінцетів можна спостерігати, повертати, штовхати і тягнути різні об'єкти дослідження, використовуючи світло. Пінцет дозволяє прикладати до об'єктів силу від фемтоньютонов до наноньютонов і вимірювати відстані від декількох нанометрів до мікронів.
Маніпуляція відбувається всередині сфокусованого лазерного променя. Використовуючи голографічний техніку, оптичні пінцети можуть створювати кілька незалежних оптичних пасток, здатних захоплювати мікрооб'єкти. Це пристрій використовується, зокрема, для вимірювання сил з роздільною здатністю окремих пикоттонов, сегрегації клітин, вимірювання механічних властивостей клітинних мембран, ниток ДНК або вивчення біохімічних процесів на клітинному рівні.
Радар для електрона
Винахід, за яке Муру і Стрікленд отримали Нобелівську премію, вони придумали ще в той час, коли Донна була аспіранткою у професора Муру.
Техніка посилення чирпированных імпульсів полягає в наступному: створюються хвилі декількох частот, потім вони розділяються, пропускаються по траєкторіях різної довжини і зводяться разом. У результаті виходить імпульс меншої і більшої тривалості пікової потужності. За допомогою дуже коротких імпульсів, що генеруються лазерами, ви можете стежити за поодинокими електронами, що рухаються в атомах і молекулах. І чим коротше імпульси, тим більш швидкі процеси можна контролювати та знімати з допомогою лазера.
Сьогодні техніка CPA вважається стандартною. Так, саме на її підставі китайські вчені розробили лазерну установку рекордної потужності — влітку минулого року з фізики Китайської академії інженерної фізики продемонстрували лазер, пікова потужність імпульсів якого сягає рекордних 4,9 петаватт.
Кілька років тому співробітники NASA навіть запропонували використовувати технологію посилення чирпированных імпульсів для створення нового типу термоядерного реакторного двигуна. Тягу в ньому утворюють альфа-частинки, які утворюються в результаті впливу на ізотоп бору потужних ультракоротких лазерних імпульсів.
