Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
12 декабря 2018, среда, 05:56
Facebook Twitter VK.com Telegram

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

СКОЛКОВО

РЕГИОНЫ

Нобелевская премия по физике: лазерные инструменты

Артур Ашкин, Жерар Муру, Донна Стрикленд
Артур Ашкин, Жерар Муру, Донна Стрикленд
Niklas Elmehed © Nobel Media

Нобелевская премия этого года в области физики была присуждена ученым, создавшим новые научные инструменты на основе лазеров, обладающие невиданными возможностями. Изобретение американца Артура Ашкина (Arthur Ashkin) стало известным под названием «оптический пинцет». Оно позволяет при помощи лазерного луча удерживать и перемещать такие объекты, как отдельные молекулы, атомы, вирусы или бактерии. Француз Жерар Муру (Gérard Mourou) и канадка Донна Стрикленд (Donna Strickland) создали усиления ультракоротких лазерных импульсов с линейной частотной модуляцией, что позволила получить самые интенсивные и одновременно самые короткие импульсы лазера в истории человечества, нашедшие применение в медицине и промышленности.

Артур Ашкин начал эксперименты по воздействию лазерного луча на прозрачные сферы микронного диаметра в конце 1960-х годов, работая в Bell Labs. Как и ожидалось, он обнаружил, что сфера, попавшая в луч, начинает двигаться под действие светового давления. Неожиданным стало обнаружение градиента силы внутри луча. Интенсивность лазерного пучка ослабевает от центра к краям, и равнодействующая всех сил, действующих на сферу, толкает ее к центру луча. Объяснить это явление можно при помощи закона сохранения импульса. Фотоны лазерного излучения преломляются находящейся в луче частицей, то есть направление их движения изменяется. Но, по закону сохранения импульса, сумма импульсов фотонов и частицы должна оставаться постоянной. Значит, частица сдвигается в направлении, противоположном тому, в каком она преломила свет. Если частица находится на оси луча, то число фотонов, отклоняемых ею влево и вправо, одинаково, и частица находится на месте. Если же она смещается, например, вправо относительно оси луча, число фотонов, отклоняемых вправо, начинает превышать число фотонов, отклоняемых влево. В результате возникнет сила, направляющая частицу влево – обратно к оси луча.

 

Силы, действующие на сферическую частицу в лазерном луче

Сфокусировав луч при помощи линзы, оказалось возможным удерживать сферу на месте и перемещать ее, меняя направление луча – так возник прообраз оптической ловушки. Действие ее основано на уже упоминавшемся законе сохранения импульса, заставляющим частицы сдвигаться к оси луча, а также на поляризации частиц в электромагнитном поле. У диэлектрических частиц под воздействием потока фотонов возникает дипольный момент, и под действием градиента электромагнитного поля они движутся к точке фокуса. Чтобы захват цели был стабильным, необходимо преобладание градиентной силы над световым давлением, смещающим частицу вперед вдоль оси луча. Оно достигается при помощи конфигурации лазерной системы.

На создание «лазерного пинцета» у Артура Ашкина ушло почти два десятка лет. Впервые Ашкин и его сотрудники продемонстрировали работу этого устройства в 1986 году. В дальнейшем Ашкин начал применять созданный им метод к различным биологическим объектам: бактериям, вирусам и живым клеткам. Он обнаружил, что «лазерным пинцетом» можно перемещать даже отдельные объекты внутри клетки, не разрушая при этом клеточную мембрану.

В то же время на основе работ Ашкина и других исследований в области лазерной оптики начало развивать отдельное направление – лазерное охлаждение атомов. Если атом поглощает фотон, а затем вновь излучает его с большей частотой, а следовательно и с большей энергией, то избыток энергии фотона возникает за счет уменьшение тепловых движений атома. Оказалось, что этот способ позволяет охладить атомы до температур, близких к абсолютному нулю. За работы по лазерному охлаждению атомов коллега Артура Ашкина Стивен Чу (Steven Chu) получил Нобелевскую премию по физике в 1997 году.

Исследования Жерара Муру и Донны Стрикленд лежат в другой области ядерной физики. В 1980-х года Муру и Стрикленд работали в Рочестерском университете в США, пытаясь получить ультракороткие лазерные импульсы высокой интенсивности. К тому времени казалось, что предел увеличения интенсивности без рабочей среды лазера. Преодолеть этот предел смогла предложенная учеными технология усиления ультракоротких лазерных импульсов с линейной частотной модуляцией, или кратко – усиления чирпированных импульсов (chirped pulse amplification, CPA).

 

Схема технологии CPA

Суть этой технологии состоит в растягивании изначального короткого импульса в оптической системе, усилении его и последующем сжатии, в ходе которого интенсивность импульса многократно возрастает. Технология CPA применяется, например, в лазерной микрохирургии.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Loading...
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi Адыгея акустика Александр Лавров альтернативная энергетика «Ангара» антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика аутизм Африка бактерии бедность библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса Византия викинги вирусы военная полиция Вольное историческое общество воспитание Вселенная вулканология гаджеты генетика география геология геофизика глобальное потепление гравитация грибы грипп дельфины демография демократия дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение змеи зоопарк зрение Иерусалим изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам исламизм история история искусства история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура картография католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ кельты киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор космос криминалистика культура культурная антропология Курская область лазер Латинская Америка лексика лженаука лингвистика Луна льготы мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования Международный арбитражный суд в Гааге местное самоуправление Металлургия метеориты микробиология микроорганизмы Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг моллюски Монголия музеи НАСА насекомые научный юмор неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны облачные технологии обучение общество одаренные дети онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты педагогика перевод персональные данные планетология погода подготовка космонавтов политика право преподавание истории приматы продолжительность жизни происхождение человека Протон-М психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы РадиоАстрон ракета растения РБК РВК РГГУ религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Российская империя Русал русский язык рыбы Сергиев Посад сердце Сингапур сланцевая революция смертность СМИ Солнце сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология финансовый рынок фольклор химия христианство Центр им.Хруничева черные дыры школа эволюция экология эмбриональное развитие эпидемии эпидемиология этнические конфликты этология Юпитер ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 495 980 1894.
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.