Нобелевка по физике: оптический пинцет и чирпированные импульсы

В Швеции объявили лауреатов Нобелевской премии по физике. Ими стали Артур Эшкин, Жерар Муру и Донна Стриклэнд. Они награждены за «новаторские изобретения в области лазерной физики».

Эта премия стала дважды знаковой. Во-первых, впервые за полвека Нобелевскую премию по физике получила женщина: Донна Стриклэнд стала всего лишь третьей (первой была Мария Кюри в 1903 году, второй — Мария Гепперт-Майер в 1963 году, ровно 60 лет спустя). А во-вторых, Артур Эшкин стал самым пожилым обладателем Нобелевской премии — 96 лет. Кстати, прождавший более 40 лет своей награды Эшкин продолжил великолепную традицию троллить Нобелевский комитет: на звонок из Стокгольма он ответил, что ему некогда разговаривать, потому что ему надо готовить новую статью. Кроме того, сейчас Эшкин еще и старейший из ныне живущих обладателей главной научной награды.

Премия 2018 года удовлетворяет сразу двум условиям завещания Альфреда Нобеля, согласно которому премию можно разделить между двумя разными тематиками и тремя людьми. Так и произошло: несмотря на общую формулировку, тематика исследований первого лауреата сильно отличается от тематики двух других.

Итак, американец Артур Эшкин, сотрудник Bell Laboratories, потомок эмигранта из Одессы и эмигрантки из Галиции. В 1970 году вышла первая его работа, которая показывала, что частицы микронного размера можно ускорять и улавливать посредством излучения. 16 лет спустя вышла этапная статья, в которой показывалось, что тонко сфокусированный лазерный луч способен удерживать и перемещать микроскопические частицы в трех измерениях. Среди соавторов этой статьи были и Артур Эшкин, и Стивен Чу. Эшкин продолжил развивать тематику оптического пинцета для манипуляций молекулами и более крупными частицами, а Чу сосредоточился на способности лазерного луча останавливать атомы, тем самым охлаждая их. Более молодой Чу (он на 26 лет младше Эшкина) получил Нобелевскую премию 1997 года за свои прорывные работы, а после успел послужить Бараку Обаме в качестве министра энергетики США.

Эшкину же пришлось ждать намного дольше. За это время оптический пинцет стал достаточно рутинной технологией: биологи с его помощью манипулируют отдельными клетками, химики соединяют отдельные атомы натрия и цезия, биохимики активно изучают работу белков и нуклеиновых кислот. Поэтому премия абсолютно заслуженная, а время ее ожидания не рекорд. Так, Эрнст Руска ждал премии за создание электронного микроскопа 55 лет!

Работы Жерара Муру (Франция, Эколь Политекник) и Донны Стриклэнд (Канада, Университет Ватерлоо) позволили получить наиболее интенсивные и короткие лазерные импульсы из когда-либо созданных человеком. Их метод получил название «усиление чирпированных импульсов». Его принцип таков: берется короткий лазерный импульс, «растягивается» во времени и в пространстве за счет дисперсии, усиливается, а затем снова сжимается. Английское слово chirp — это птичий щебет, трель, «растянутый» звуковой импульс.

Работа Муру и Стриклэнд вышла за год до основополагающей работы Эшкина. Их тоже можно назвать нобелевскими «долгождателями», получившими свою премию через тридцать лет и три года, пусть они и сильно моложе первого лауреата.

Надо сказать, что Стриклэнд могла бы удостоиться и премии по медицине, ибо получаемые по ее методу фемтосекундные импульсы используются для лазерной коррекции зрения (так называемый фемто-LASIC), однако наследие этой женщины (которая в телефонном разговоре с Нобелевским комитетом призвала активнее отмечать женщин-физиков) и ее коллеги намного шире одной офтальмологии.

Самое главное, что способность получать сверхкороткие лазерные импульсы дает нам возможность делать их сверхмощными. Лазеры стали петаваттными, а эта мощность примерно в сотню тысяч раз выше той, которую вырабатывают крупнейшие электростанции мира. Так что именно такими лазерами «зажигают» термоядерный синтез и получают самые экзотические состояния вещества, которое в реальной жизни существует только в недрах звезд.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.