Фото: Nature
За допомогою оптичного пінцета отримують кольорове тривимірне зображення
Нобелівський комітет нагородив у 2018 році відразу трьох фізиків. Вони працюють у сфері лазерної оптики, але займаються абсолютно різними напрямками.
Нобелівську премію з фізики присудили трьом дослідникам за досягнення в галузі лазерної оптики.
Американцеві Артуру Ашкіну - за лазерний пінцет, який застосовується в біології. Жерару Муру з Франції і Донні Стрикленд з Канади - за метод отримання ультракоротких оптичних імпульсів, що підвищують потужність лазерів. Корреспондент.net розповідає подробиці.
Лазерний пінцет
Лазерний або оптичний пінцет, винайдений у 1987 році, переміщує речовини за допомогою світла - лазерний пучок спеціальної форми захоплює окремі клітини і навіть атоми. На відміну від звичайних пінцетів, які використовувалися до цього, клітини не пошкоджуються.
"Артур Ашкін реалізував свою мрію, створивши світлову пастку. Так наукова фантастика стала реальністю", - йдеться в прес-релізі Нобелівського комітету.
Принцип роботи оптичного пінцета полягає у використанні тиску світла. У маленьких частинок дуже велика поверхня відносно їх дуже маленького обсягу. Тому сила тиску світла для них дуже велика щодо їхньої масі.
За допомогою цих пінцетів навіть можна рухати предмети, розташовані за непроникною перепоною в разі, якщо вона прозора для світла. Щоб проводити операції на клітинах, навіть не обов'язково розкривати саму клітинну оболонку. Можна рухати щось всередині клітини прямо крізь цю оболонку.
Отримані таким чином знання вчені використовуються для розробки ліків і боротьби із захворюваннями.
Наприклад, вчені з'ясували, що білки, що забезпечують внутрішньоклітинний транспорт і скорочення м'язів, працюють "кроками".
Біофізики виміряли в'язкопружні властивості біополімерів і навчилися збирати штучні клітини у впорядковані структури.
Крім того, вчені часто використовують оптичні пінцети, щоб управляти окремими атомами. Наприклад, у березні цього року австралійські фізики виміряли з точністю до сотих часток аттоньютона силу, яка діє на окремий атом, а у квітні американські дослідники вперше провели хімічну реакцію між окремими атомами лужних металів.
У січні цього року американські інженери отримали за допомогою оптичного пінцета кольорове тривимірне зображення, що нагадує голограми з науково-фантастичних фільмів.
Оптичні імпульси
Другу частину премії отримали Жерар Муру і Донна Стрикленд, яка стала третьою жінкою в історії, яка отримала Нобелівську премію з фізики після Марії Кюрі і Марії Гепперт-Майєр.
У 1985 році вони відкрили спосіб збільшення потужності лазерів. Це "відкрило нові галузі досліджень і привело до широкого промислового і медичного застосування", йдеться в повідомленні Нобелівського комітету.
У середині 1980-х років ученим здавалося, що потужність лазерів збільшити вже неможливо і розвиток лазерної техніки досяг межі. Але Муру і Стрикленд придумали, як досить простим чином збільшити досяжну потужність лазерного випромінювання.
Під час генерації дуже коротких і дуже потужних імпульсів лазерного випромінювання виникає проблема - як зробити ці імпульси ще потужнішими і коротшими, якщо їхня тривалість уже дуже мала.
Ідея Муру і Стрикленд полягає в тому, щоб імпульс електромагнітного випромінювання розтягнути як гармошку, збільшити його інтенсивність, а потім знову стиснути.
Це дозволило вченим отримати лазерне випромінювання набагато більшої потужності. Практично всі лазерні установки у світі використовують цей принцип.
Такі потужні короткі імпульси необхідні для досліджень речовини в умовах, які неможливо здійснити іншим способом. Наприклад, для лазерного термоядерного синтезу.
Ще лазери, які генерують дуже короткі надпотужні імпульси, можуть застосовуватися для очищення навколоземного простору від космічного сміття, здатного дуже серйозно нашкодити супутникам, космічним станціям і людям у космосі.
Такі лазери також використовуються в офтальмології.
Це відкриття має колосальне значення не тільки у сфері лазерних технологій.
"І колосальний внесок у фундаментальну фізику теж, бо за допомогою дуже потужних лазерних полів можна спостерігати нові фізичні ефекти, які в інших випадках просто недоступні. Потужність такого лазерного імпульсу - це петаватт, як у кількох електростанцій відразу. І ми можемо отримувати абсолютно незвичайні стани речовини - аналогічні тим, що наявні в надрах зірок", - пояснив головний редактор порталу Neuronovosti Олексій Паєвський.