Фото: Nature
С помощью оптического пинцета создали цветное трехмерное изображение
Нобелевский комитет наградил в 2018 году сразу трех физиков. Они работают в сфере лазерной оптики, но занимаются совершенно разными направлениям.
Нобелевскую премию по физике присудили трем исследователям за достижения в области лазерной оптики.
Американцу Артуру Ашкину - за лазерный пинцет, применяемый в биологии. Жерару Муру из Франции и Донне Стрикленд из Канады - за метод получения ультракоротких оптических импульсов, повышающих мощность лазеров. Корреспондент.net рассказывает подробности.
Лазерный пинцет
Лазерный или оптический пинцет, изобретенный в 1987 году, перемещает вещества с помощью света - лазерный пучок специальной формы захватывает отдельные клетки и даже атомы. В отличие от обычных пинцетов, которые использовались до этого, клетки не повреждаются.
"Артур Ашкин реализовал свою мечту, создав световую ловушку. Так научная фантастика стала реальностью", - говорится в пресс-релизе Нобелевского комитета.
Принцип работы оптического пинцета заключается в использовании давления света. У маленьких частиц очень большая поверхность по отношению к их очень маленькому объему. Поэтому сила давления света для них очень велика по отношению к их массе.
С помощью этих пинцетов даже можно двигать предметы, расположенные за непроницаемой преградой, в случае, если она прозрачна для света. Чтобы проводить операции на клетках даже не обязательно вскрывать саму клеточную оболочку. Можно двигать что-то внутри клетки прямо сквозь эту оболочку.
Полученные таким образом знания ученые используются для разработки лекарств и борьбы с заболеваниями.
К примеру, ученые выяснили, что белки, обеспечивающие внутриклеточный транспорт и сокращение мышц работают "шагами".
Биофизики измерили вязкоупругие свойства биополимеров и научились собирать искусственные клетки в упорядоченные структуры.
Кроме того, ученые часто используют оптические пинцеты, чтобы управлять отдельными атомами - например, в марте этого года австралийские физики измерили с точностью до сотых долей аттоньютона силу, действующую на отдельный атом, а в апреле американские исследователи впервые провели химическую реакцию между отдельными атомами щелочных металлов.
В январе этого года американские инженеры получили с помощью оптического пинцета цветное трехмерное изображение, напоминающее голограммы из научно-фантастических фильмов.
Оптические импульсы
Вторую часть премии получили Жерар Муру и Донна Стикланд, которая стала третьей женщиной в истории, получившей Нобелевскую премию по физике после Марии Кюри и Марии Гепперт-Майер.
В 1985 году они открыли способ увеличения мощности лазеров. Это "открыло новые области исследований и привело к широкому промышленному и медицинскому применению", говорится в сообщении Нобелевского комитета.
В середине 1980-х годов ученым казалось, что мощность лазеров увеличить уже невозможно и развитие лазерной техники достигло предела. Но Муру и Стикланд придумали, как достаточно простым образом увеличить достижимую мощность лазерного излучения.
При генерации очень коротких и очень мощных импульсов лазерного излучения возникает проблема - как сделать эти импульсы еще мощнее и короче, если их длительность уже очень мала.
Идея Муру и Стикланд состоит в том, чтобы импульс электромагнитного излучения растянуть как гармошку, увеличить его интенсивность, а затем вновь сжать.
Это позволило ученым получить лазерное излучения гораздо большей мощности, практически все лазерные установки в мире используют этот принцип.
Такие мощные короткие импульсы необходимы для исследований вещества в условиях, которые недостижимы иным способом. Например, для лазерного термоядерного синтеза.
Еще лазеры, генерирующие очень короткие сверхмощные импульсы могут применяться для очистки околоземного пространства от космического мусора, который способен очень серьезно навредить спутникам, космическим станциям и людям в космосе.
Такие лазеры также используются в офтальмологии.
Это открытие имеет колоссальное значение не только в сфере лазерных технологий.
"И колоссальный вклад в фундаментальную физику тоже - потому что при помощи очень мощных лазерных полей можно наблюдать новые физические эффекты, которые в других случаях просто недоступны. Мощность такого лазерного импульса - это петаватты, как у нескольких электростанций сразу. И мы можем получать совершенно необычные состояния вещества - аналогичное тому, что находится в недрах звезд", - пояснил главред портала Neuronovosti Алексей Паевский.
В 2017 году лауреатами Нобелевской премии по физике стали ученые Райнер Вайсс, Кип Торн и Барри Бэриш. Премию им вручили за "решающий вклад в наблюдение за гравитационными волнами".
Новости от Корреспондент.net в Telegram. Подписывайтесь на наш канал https://t.me/korrespondentnet