Нобелівську премію з фізики отримали американець Артур Ашкін, француз Жерар Мору і канадка Донна Стрікленд – за свої відкриття, які, як було заявлено на церемонії, здійснили революцію в лазерній фізиці.
96-річного Ашкіна відзначили премією за розроблену ним технологію оптичного пінцета, яку члени Нобелівського комітету назвали давньою мрією письменників-фантастів.
Жерар Мору і Донна Стрікленд, що стала третьою жінкою-лауреатом в історії цієї найвищої нагороди наукового світу, відкрили спосіб отримання коротких лазерних імпульсів високої інтенсивності, які, зокрема, зробили можливими лазерні операції з коригування зору.
BBC пояснює, в чому суть цих революційних відкриттів:
Опис методу лазерного пінцета і справді більше схожий на розповідь про технології майбутнього з науково-фантастичного роману.
Він дозволяє використовувати лазерні промені, тобто потоки поляризованого і вузькоспрямованого світла, як мікроскопічні щипці, які можуть захоплювати фізичні об’єкти розміром всього декілька мікронів і маніпулювати ними.
Не дивно, що ця технологія знайшла найширше застосування в вивченні структури й принципу роботи білків, молекули яких настільки малі, що їх не можна роздивитись навіть в кращий оптичний мікроскоп.
Оптичним пінцетом можна також захоплювати живі клітини, віруси та навіть окремі атоми.
Лазерні вусики пінцета можуть повертати об’єкти, стискати їх або розтягувати, а при необхідності – розрізати на частини. Для біофізиків цей інструмент просто відкрив нові горизонти, оскільки він дав можливість вивчати білки, молекулярні двигуни, ДНК і внутрішнє життя клітини в цілому.
Ашкіну дістанеться половина премії. Другу половину розділять між собою Донна Стрікленд і Жерар Мору, завдяки яким стали можливими лазерні операції з коригування зору.
Цю технологію, яка використовується в лазерній хірургії, Стрікленд і Мору запропонували ще у 1985 році й вона отримала назву “посилення чірпірованних імпульсів” (CPA). Вона дозволяє значно збільшувати потужність лазерного променя.
Однак це лише одне із застосувань винайденої ними технології CPA, яка дозволяє з неймовірною точністю робити розрізи або свердлити отвори в самих різних матеріалах, включаючи і живі тканини.
Для цього лазерний промінь спочатку розтягують, потім посилюють, після чого знову стискають. Отриманий в результаті потужний ультракороткий світловий імпульс вимірюється фемтосекундами – тобто квадрильйонними частками секунди. Для порівняння, навіть світло за цей час проходить відстань менше мікрометра, що можна порівняти з діаметром вірусу.
До цього відкриття потужність лазерів була досить обмежена: промінь високої інтенсивності просто руйнував матеріал, який використовувався для посилення його енергії.
Ultra-sharp laser beams make it possible to cut or drill holes in various materials extremely precisely – even in living matter. Millions of eye operations are performed every year with the sharpest of laser beams.#NobelPrize pic.twitter.com/MiYb4i8AHw
— The Nobel Prize (@NobelPrize) October 2, 2018
Твіт Нобелівського комітету порівнює наносекундний лазер з фемтосекундним. Чорним кольором позначена зона нагріву, а білими дугами показана сила хвилі, викликаної ударом пучка світла.
Тепер саме так отримують імпульси максимальної потужності в фізичних лабораторіях по всьому світу. Спектр їх застосування дуже широкий: наприклад, такі промені використовують для лазерної терапії раку.
