2018诺奖|激光物理:光打造的镊子与刀

作者: jiaozi

来源: 科学世界

发布日期: 2018-10-03 13:29:30

2018年诺贝尔物理学奖授予了三位科学家,表彰他们在激光物理领域的贡献。阿瑟·阿斯金因发明光学镊子及其在生物系统中的应用获奖,热拉尔·穆鲁和唐娜·斯特里克兰因开发高强度、超短光脉冲的方法共同获奖。这些发明和技术在生物学、工业和医药产业中有着广泛的应用,如无损操作活细菌和准分子激光角膜手术。

2018年10月2日,北京时间17:45左右,2018年诺贝尔物理学奖公布,3位学者共享奖金900万瑞典克朗。美国物理学家阿瑟·阿斯金因为发明了“光学镊子”及其在生物系统中的应用获得一半殊荣;法国学者热拉尔·穆鲁和加拿大滑铁卢大学的副教授唐娜·斯特里克兰由于开发出高强度、超短光脉冲的方法共同分享了另一半奖金。

当小编看到诺贝尔奖中对“光打造的工具”的描述时,惊叹“这不就是多年前在科幻小说中看到的情节吗”?感谢这些科学领域的开拓者,让人类不断地将梦想照进现实。阿瑟·阿斯金发明的“光镊”可以夹持微小的粒子、原子、分子。不仅如此,还可以在不用直接接触对象的情况下操纵病毒、细菌和其他活体生物细胞,最大限度地保证了无菌操作。“光镊”在生物学中开创了一个微观观察和操作的全新方法。

热拉尔·穆鲁和唐娜·斯特里克兰开发出的高强度、超短光脉冲的方法在工业和医药产业中有重要应用。世界上每年几百万例准分子激光角膜手术(LASIK)就是用这种最锋利的“激光手术刀”完成的。

光镊,是用一束光抓住物体的工具。阿瑟·阿斯金在1970年发现,当一束激光射向微米级微粒时,该微粒会受到一个方向的推力——即光压。用两束激光对向发射时,就可以“夹住”微粒。后来,他发现用一束会聚激光就能在三维方向上控制微粒。从此开创了用光控制微粒研究的新领域。1987年,他获得了重大突破,阿瑟·阿斯金利用光镊对活细菌进行了无损操作。他立即将其用于生物研究,获得了广泛的应用。

光镊与我们常见的镊子夹持物体的机制并不相同,是对所产生效果的一个比喻。传统的镊子通过对物体两端产生力,物体与镊子内壁有了摩擦力,才得以夹持。而光镊是非机械式的接触,一束光形成的区域内,相当于一个陷阱,会产生“吸引力”,从而能捕获微粒。当微粒的动能不足以克服势垒时,就会继续留在光束制造的陷阱中。

热拉尔·穆鲁是法国电气工程和激光领域的先驱,与他的学生唐娜·斯特里克兰共同发明了名为“啁啾脉冲放大技术”(Chirped Pulse Amplification,CPA),使短激光脉冲(10^-15秒)能以极高的峰值功率(10^12瓦)得以应用。这一技术为激光科学领域带来了革新,在物理学的多个领域中开展了新的应用。

唐娜·斯特里克兰也是继居里夫人(1903年获奖)和玛利亚·格佩特-梅耶(1963年获奖)之后,第三位获得诺贝尔物理学奖的女科学家。

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