0
2011
Газета Наука Печатная версия

09.10.2018 17:41:00

Укротители лазерных лучей

Молекулы и даже атомы теперь можно передвигать с помощью световых импульсов

Тэги: физика, лазер


физика, лазер Луч рентгеновского лазера направлен на капли воды с кристаллами бактериального фермента. Вверху справа – атомная структура фермента. Иллюстрация Physorg

Среди нобелевских лауреатов по физике насчитывается теперь 206 мужчин и всего три женщины, одна из которых канадская исследовательница Донна Стрикленд, уроженка г. Гуэлф, что на юге провинции Онтарио. Свою первую степень бакалавра она получила в Университете МакМастерса в г. Гамильтон, после чего поступила в Университет Рочестера (США). Там ее жизненные и научные пути пересеклись с энергичным и талантливым французом Жераром Муру, родившимся 22 июня 1944 года и окончившим в 23 года Университет Гренобля. Там же еще через шесть лет Муру защитил диссертацию, после чего прошел годичную стажировку в Калифорнийском университете Сан-Диего. В 1977 году Муру стал сотрудником Университета Рочестера, где его помощницей была Донна, работавшая под его руководством над своей диссертацией.

Похоже, что именно она и предложила решение проблемы, мучившей лазерщиков, поскольку в их совместной работе «Сжатие (компрессия) усиленных оптических импульсов», опубликованной 1 декабря 1985 года в малоизвестном журнале Optics Communications, ее имя стояло на первом месте. Суть проблемы заключалась в невозможности усиливать лазерные импульсы в силу того, что возрастающая их мощность грозила разрушением усилителей-амплификаторов.

Донна Стрикленд использовала преимущество появившегося незадолго до этого оптоволокна, с помощью которого применила метод усиления радиолокационных импульсов. Метод авторы назвали «щебетание» (chirp), поскольку щебет птиц имеет перепады по высоте тона и соответственно частотам пения. В радиолокации усиление сигнала достигается с помощью «фрагментирующих», или дифракционных, решеток, что было использовано для первоначального растягивания световых импульсов. После этого отдельные их частоты усиливались раздельно. Последующее сжатие-компрессия позволило получить первые световые импульсы продолжительностью не более пикосекунды (10–12 с). Сегодня на фоне современных амплификаторов, с помощью которых получают фемто- и аттосекундные световые импульсы (10–15 и 10–18  с соответственно), это выглядит не столь впечатляюще.

После десяти лет, проведенных в Рочестере, Муру перебрался в университет соседнего штата Мичиган, а в 2004 году вернулся в Париж. Через четыре года он был избран иностранным членом Российской академии наук, а затем получил грант в Нижегородском университете.

В Южной Корее испытывается сверхмощный лазер мощностью 4 петаватта (4 х 1015 Ватт), а в Китае хотят построить «станцию» в 100 петаватт. Ее импульсы смогут «пробивать» вакуум, разделяя пары частица–античастица. Исследователи, работающие на Гамбургском рентгеновском лазере на ускоренных электронах, в день присуждения премии сообщили о получении 3D-структуры с атомным разрешением микробного фермента, разрушающего пенициллин. Вполне возможно, что со временем одна из Нобелевских премий будет присуждена создателям средств против бактериальной устойчивости к антибиотикам, грозящей всему человечеству.

Отец самого возрастного на сегодня лауреата прибыл к берегам американской мечты из Одессы. По другую сторону океана его записали «Ашкенази», что породило фамилию Эшкин (Ashkin). Младшего сына он назвал в память о легендарном короле Артуре, заседавшем со своими рыцарями вокруг Круглого стола. Оба его сына бредили наукой, и старший оказался среди разработчиков ядерного Манхэттенского проекта во главе с Энрико Ферми. Секреты этого проекта немец Фукс в свое время передал союзникам по борьбе с фашизмом.

Созданный Чарльзом Таунсом световой амплификатор, названный сокращенно лазером, своими возможностями захватил воображение не слишком-то молодого на тот момент Артура Эшкина. Первая его статья, посвященная описанию подвешивания (левитации) капелек жидкости с помощью радиационного давления лазерного луча, была опубликована в 1975 году. Через пять лет престижный журнал Science дал его большой обзор о приложениях «лучистого» давления.

Эшкин много работал, о чем свидетельствуют чуть ли не полсотни выданных ему патентов. Его имя связывают с оптическим пинцетом (tweezer), представляющим собой «вазу» лазерного излучения с утоньшенной серединой (что можно сравнить с песочными часами). Увлекшийся модной тогда молекулярной биологией, Эшкин пытался решить задачу удержания молекулы ДНК, прикрепленной одним из концов к поверхности пластиковой бусинки. Действие электрического поля поляризовало ее поверхность, и изобретатель увидел, что поляризация увлекает частицу к центральной оси лазерного пучка, где его мощность максимальна.

Оказалось, что кроме частиц оптическая ловушка позволяет удерживать вирусные частицы и даже бактериальные клетки, а затем с помощью светового пинцета стали передвигать атомы. В марте 1987 года Science опубликовал его статью «Оптическое улавливание и манипуляция вирусами и бактериями».

Артур Эшкин долгие годы работал в одной из ведущих электро- и электронных компаний, но в конце концов вышел на заслуженный отдых и проживает в одном из городков штата Нью-Джерси, что через Гудзон от Манхэттена. Там его, 96-летнего, и застало сообщение о премии… 


Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.

Читайте также


Обеспечит ли победу генералам лазерное оружие

Обеспечит ли победу генералам лазерное оружие

Ирина Дронина

В противовес российскому «Пересвету» китайские военные создали «Бесшумного охотника»

0
1297
Бумага, генерирующая ток

Бумага, генерирующая ток

Александр Спирин

Электроны в электрическую цепь будут поставлять микробы

0
694
Добьет ли "Пересвет" до цели

Добьет ли "Пересвет" до цели

Искандер Батыров

Минобороны сообщило о постановке боевого лазера на опытное дежурство

0
10443
За словом  теряется жизнь

За словом теряется жизнь

Наталья Рубанова

Алина Витухновская об идее как эталоне и об избытке культуры, ассоциирующемся с тоталитаризмом

0
1468

Другие новости

Загрузка...
24smi.org