Физика Нобелевская премия за лазерное волшебство - среди лауреатов первая женщина за 55 лет

1. Пионерская работа
2. Растягивается во времени
3. Микромасштабные пальцы

Артур Эшкин, Донна Стрикленд и Жерар Муру. LR: Nokia Bell Labs; Университет Waterloo; CTK / Alamy

Трио ученых-лазеров получило Нобелевскую премию по физике в 2018 году за работу с использованием интенсивных лучей для захвата сверхбыстрых процессов и манипулирования крошечными объектами. Среди лауреатов Донна Стрикленд, первая женщина, получившая награду за 55 лет.

Стрикленд в Университете Ватерлоо, Канада, делит половину приза на сумму 9 миллионов шведских крон (1 миллион долларов США) со своим бывшим руководителем Жераром Муру, который сейчас работает в Политехнической школе в Париже. Артур Эшкин из Bell Laboratories в Холмделе, штат Нью-Джерси, получил вторую половину приза.

Стрикленд и Муру впервые разработали способ создания самых коротких, самых интенсивных импульсов света из когда-либо созданных. Эта техника в настоящее время используется в науке для выявления процессов, которые раньше казались мгновенными, таких как движение электронов в атомах, а также в лазерной хирургии глаза.

Ашкин получил приз за новаторское развитие оптический пинцет лучи лазерного света, которые могут захватывать и контролировать микроскопические объекты, такие как вирусы и клетки.

«Прежде всего, вы должны думать, что это сумасшествие, так что это была моя первая мысль», - сказал Стрикленд во время объявления призов 2 октября. «И вы всегда задаетесь вопросом, реально ли это».

Пионерская работа

Согласно заявлению Королевской шведской академии наук, присуждающему премию, заявки лауреатов еще не полностью изучены. «Тем не менее, даже сейчас эти знаменитые изобретения позволяют нам рыться в микромире в лучшем духе Альфреда Нобеля - для самой большой пользы для человечества».

Стрикленд - третья женщина, которая получила Нобелевскую премию по физике; последней женщиной-ученым, которая выиграла, была Мария Гёпперт Майер в 1963 году.

«Я думал, что могло быть и больше», - сказал Стрикленд, когда его спросили об этом аспекте достижения. Она добавила: «Ну, очевидно, нам нужно прославлять женщин-физиков, потому что мы находимся там, и, надеюсь, со временем она начнет двигаться вперед более быстрыми темпами, может быть. Я не знаю, что сказать, для меня большая честь быть одной из тех женщин.

Горан К. Ханссон, генеральный секретарь Королевской академии наук Швеции, сказал, что Академия «принимает меры» поощрять больше номинаций женщин-ученых «потому что мы не хотим никого скучать». Он добавил, что эти меры не повлияли на приз этого года. «Важно помнить, что Нобелевская премия присуждается за открытия и изобретения, а те, кто ее получил, внесли большой вклад в развитие человечества, и именно поэтому они получают приз».

Растягивается во времени

Короткоживущие лазерные импульсы позволяют ученым шпионить за процессами, которые заканчиваются в одно мгновение. Но до революционной техники Стрикленда и Муру интенсивность таких лазерных импульсов была ограничена, потому что высокая мощность создавала риск разрушения усилителя, необходимого для их создания.

Их прорыв состоял в том, чтобы использовать решетку, чтобы растянуть импульс лазерного луча во времени. Это уменьшает мощность света и означает, что можно использовать обычные усилители до того, как импульс будет снова сжат вместе в короткий мощный импульс - процесс, известный как усиление чирпированного импульса.

Первоначально изложенный в статье 1985 года 1 что Стрикленд написала в качестве аспиранта - свою первую в истории научную статью - усовершенствование этой технологии теперь позволяет ученым генерировать лазерные импульсы в масштабе атосекунд - миллиардных долей миллиардной доли секунды. Подобно видеокамере, снимающей все больше кадров в секунду, эти импульсы можно использовать для изучения быстро развивающихся процессов, таких как химия фотосинтеза. Более того, поскольку мимолетные импульсы наносят меньший ущерб, чем более длинные, ультракороткие световые импульсы нашли применение не только в лазерной хирургии глаза, но и для сверления все более острых отверстий в материалах для хранения данных, чтобы обеспечить более эффективную память.

Джон Дадли, физик-оптик из Университета Франш-Конте в Безансоне, Франция, говорит, что усиление чирпированного импульса в Стрикленде и Муру было прорывом как в фундаментальной науке, так и в технологическом развитии. «Нобелевские премии присуждаются за открытие или изобретение. Это действительно соединяет два ».

Дадли добавляет, что ни один из ученых «не остался в своих башнях из слоновой кости». Он отмечает, что Муру, в частности, был движущей силой для Extreme Light Инфраструктура Европейский консорциум, занимающийся исследованием света при высокой интенсивности и коротких временных масштабах.

Он добавляет, что Муру - эрудит, который сочиняет музыку и имеет большой интерес к гуманитарным наукам.

Дадли говорит, что особенно важно, что Стрикленд был признан за работу, которую она выполнила в качестве аспиранта. Это контрастирует со случаем Джоселин Белл Бернелл, британского астрофизика, который обнаружил пульсары, но который был пропущен, когда ее советник поделился Нобелевской премией 1974 , «Приятно видеть, что Нобелевский комитет выслушал сообщество и негативную реакцию на это решение в то время», - говорит Дадли.

Микромасштабные пальцы

В 96 лет Эшкин - самый старый нобелевский лауреат. Его лучшая работа началась сразу же после изобретения лазера в 1960 году. Лазеры оказывают мягкое давление на крошечные объекты, которые, как понимал Эшкин, можно использовать для манипулирования ими, не повреждая их. Его эксперименты с сферами микрометрового размера в 1960-х годах показали, что частицы притягиваются к области наибольшей интенсивности в пучке света. Это привело к созданию лазерных лучей для захвата, подъема и перемещения предметов. Теперь известный как оптический пинцет, Эшкин обнаружил, что эти высоко сфокусированные лазерные «пальцы» могут захватывать бактерии, вирусы и живые клетки.

«Я в полном восторге от него. Он такой хороший парень », - говорит Майлз Паджетт, физик-оптик из Университета Глазго, Великобритания.

Он говорит, что изобретение Эшкина оказало общепризнанное влияние, особенно в биофизике. Сегодня оптические пинцеты используются во множестве приложений, от отделения здоровых клеток крови от инфицированных до инженерных наноразмерных материалов.

Паджет аплодирует, как Эшкин продолжал совершенствовать технику и упрощать устройства. «Я думаю, это замечательно, когда люди пробиваются. Он просто продолжал делать это все лучше и лучше ».

Он и многие другие в сообществе оптических пинцетов предположили, что Ашкин был обойден в 1997 году, когда Стивен Чу поделился Нобелевским соглашением по физике для связанной техники. «Я думал, что он упустил свой шанс, так сказать».