captcha image

Hasło zostanie wysłane na twojego e-maila.

Nobla 2018 z dziedziny fizyki otrzymali Arthur Ashkin oraz Gérard Mourou i Donna Strickland za badania z dziedziny optyki wykorzystujące w przełomowy sposób światło generowane przez laser.

Tegoroczny Nobel został podzielony – Arthur Ashkin otrzymuje połowę nagrody, a pozostała dwójka dzieli się drugą połową. Odkrycia Ashkina polegają na wykorzystywaniu lasera niczym pęsety – pozwala to na manipulowanie obiektami takimi jak bakterie czy wirusy a nawet pojedyncze cząsteczki bez ich uszkadzania. Światło wiązki powoduje przemieszczanie się małych obiektów ku jej środkowi i utrzymuje je w tym miejscu. Co bardzo ważne – pozwala to na badanie żywych organizmów.

Do tworzenia optycznych pęset, które są szeroko stosowane w laboratoriach i przemyśle, wykorzystuje się lasery podczerwone – ich promień nie uszkadza komórek, które pozostając w takiej wiązce mogą się nawet rozmnażać. Można też badać działanie złożonych żywych układów mechanicznych takich jak białko motoryczne – kinezyna.

Działanie pułapki świetlnej. Rys. Johan Jarnestad/Royal Swedish Academy of Sciences

Działanie pułapki świetlnej. Rys. Johan Jarnestad/Royal Swedish Academy of Sciences

Badania Mourou i Strickland doprowadziły do opracowania metody znanej jako wzmacnianie impulsów świergoczących (piękna nazwa!) – Chirped pulse amplification, w skrócie CPA. Jak opisują to przyznający nagrodę Nobla: “Weź krótki impuls laserowy, rozciągnij go w czasie, wzmocnij i ściśnij ponownie”. Najpierw impulsy laserowe zostają rozciągnięte w czasie, aby zmniejszyć ich szczytową moc. Następnie są wzmacniane, a potem kompresowane i tak wysyłane z lasera. Taki “spakowany” impuls sprawia, że więcej światła mieści się w tej samej maleńkiej przestrzeni, czyli intensywność impulsu gwałtownie rośnie. Tu możecie przeczytać pracę magisterską Mariusza Kozińskiego z Uniwersytetu Jagiellońskiego poświęconą temu zjawisku.

Wykorzystanie CPA to m.in. rejestrowanie niezwykle szybko zachodzących zjawisk. Krótkie i silne impulsy laserowe działają niczym stroboskop pozwalając dostrzec na przykład interakcje zachodzące między atomami i cząsteczkami. Ultrakrókie impulsy sprawdzają się też przy laserowym “wierceniu” otworów. Dłuższe impulsy uszkodziłyby materiał, w którym chce się zrobić dziurę. Dzięki CPA takie drążenie jest jednocześnie delikatne i precyzyjne.

Zasada działania CPA. Rys. Johan Jarnestad/Royal Swedish Academy of Sciences

Zasada działania CPA. Rys. Johan Jarnestad/Royal Swedish Academy of Sciences

Arthur Ashkin przez blisko 40 lat pracował naukowo w Bell Laboratories w USA. Prowadzone przez niego badania przyczyniły się do rozwoju wielu dziedzin fizyki eksperymentalnej, a jemu samemu przyniosły 47 patentów. Od lat 60. zajmował się manipulacją mikrocząstkami za pomocą światła lasera, co doprowadziło do wynalezienia w 1986 roku pęset optycznych, zwanych też manipulatorami lub szczypcami optycznymi. Dzięki temu wynalazkowi udało się opracować metodę pułapkowania optycznego, która służy do manipulowania atomami, cząsteczkami i komórkami biologicznymi. Jest wykorzystywana m.in. do segregacji komórek, pomiaru właściwości mechanicznych błon komórkowych, nici DNA oraz badania procesów biochemicznych na poziomie komórkowym. Badania Ashkina stały się podstawą prac Stevena Chu nad chłodzeniem i pułapkowaniem atomów, za które Chu otrzymał nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1997 roku. Ashkin obecnie prowadzi badania we własnym laboratorium.

Gérard Mourou jest francuskim pionierem w dziedzinie elektrotechniki i laserów. Wraz z Donną Strickland współtworzył technikę wzmacniania impulsów świergoczących (chirped pulse amplification – CPA), która umożliwiła wzmocnienie ultrakrótkich impulsów do wysokiej mocy szczytowej. Mourou był dyrektorem Laboratoire d’Optique Appliquee w ENSTA, a obecnie jest profesorem w École Polytechnique – oba ośrodki naukowe znajdują się w Palaiseau pod Paryżem. Był również założycielem Center for Ultrafast Optical Science (CUOS) na University of Michigan.

Donna Strickland jest fizyczką optyczną i profesorem na University of Waterloo w Kanadzie, a jej specjalizacją są ultraszybkie lasery i optyka nieliniowa. Strickland wraz z Gérardem Mourou, promotorem jej pracy doktorskiej, wynaleźli metodę wzmacniania impulsów świergoczących (CPA). Donna Strickland studiowała na Uniwersytecie McMaster w Hamilton w Ontario. Doktorat obroniła na Uniwersytecie w Rochester, a po ukończeniu studiów doktoranckich współpracowała z National Research Council of Canada. Potem dołączyła do zespołu Zaawansowanego Centrum Technologii Fotoniki i Materiałów Optoelektronicznych Uniwersytetu Princeton. Od 1997 roku pracuje na University of Waterloo, gdzie kieruje grupą rozwijającą ultraszybkie lasery o dużej intensywności.

Rozszerzoną naukową informację o odkryciach znajdziecie pod tym linkiem: https://old.nobelprize.org/phy-sci.pdf

Nobel 2018 z fizyki za zastosowanie laserów do badania ultraszybkich zjawisk i ultramałych obiektów
3.3 (66.67%) 3 głosów

Nie ma więcej wpisów