نوبل ۲۰۱۸ فیزیک به دانشمندانی رسید که لیزر را به ابزار های همه کاره تبدیل کردند

اگر تا به حال عمل لیزر داشته اید و پس از آن عینک مزخرفتان را شکسته اید، می توانید از برندگان نوبل ۲۰۱۸ فیزیک تشکر کنید. افتخار این جایزه به سه نفر رسید که ابزاری لیزری اختراع کردند که اکنون در همه جا، در آزمایشگاه های تحقیقاتی و فراتر از آن، موجود است.

در میان آنها یک نفر به عنوان پیرترین کسی که تا به حال جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرده و هم چنین اولین زنی که در ۵۵ سالگی موفق به دریافت نوبل فیزیک شده یاد می شود.

آرتور اشکین، برای اختراع تیغه های نوری، تکنیکی که در آن از پرتو های نوری متمرکز برای نگه داشتن و دستکاری اشیا بسیار کوچک، مثل ویروس ها، باکتری ها و تک سلولی ها استفاده می شود، نصف یک میلیون دلار جایزه نوبل ۲۰۱۸ فیزیک را برد.

افتخار نصف دیگر جایزه، مشترکا به جرارد مورو از موسسه ی پلی تکنیک پلزو، فرانسه، و دونا استریکلند از دانشگاه واترلو کانادا رسید؛ برای تقویت کننده ی پالس (CPA)، تکنیکی که شدت پالس های لیزری ultrashort را تقویت می کند. استریکلند، برنده ی نوبل ۲۰۱۸ فیزیک، اولین زنی است که پس از ماریا جئوپر برنده ی نوبل ۱۹۶۳ فیزیک، این جایزه را از آن خود می کند.

تیغه های نوری، از نیروهای نا محسوس نوری برای تکان دادن اشیا کوچک استفاده می کنند. بخش الکتریکی لیزر، می تواند یک ماده ی شفاف مثل پلاستیک یا سیتوپلاسم سلول را قطبی کند. ماده ی قطبی شده سپس تحت تاثیر نیرویی قرار می گیرد که ماده را به سمتی که بخش الکتریکی لیزر قوی تر است، معمولا وسط پرتو، می کشاند.

اشکین کار اصلی خود را با مهره های پلاستیکی انجام داد که می توان آن ها را به انتهای DNA متصل کرد. اما تیغه های نوری خود می توانند باعث تکه تکه شدن و مرگ سلول شوند. کارولین آیدل، زیست شناس دانشگاه گوتنبرگ سوئد، آن ها را برای اندازه گیری خواص مخمر ها، باکتری ها و دیاتوم ها استفاده می کند. او می گوید:” من هر روز از این تکنیک استفاده میکنم.” جونز هم از این تکنیک برای آزمایش فرضیه ی خود استفاده می کند. فرضیه ی او بیان می کند که گلبول های قرمز خون در کسانی که به هر دو نوع دیابت مبتلا هستند، به طور غیرمعمولی سفت است؛ که خود دلیلی برای آسیب دیدن رگ های خونی چشم است.

مورو و استریکلند، وقتی که دانشمندان داشتند راجع به تقویت شدت پالس های بسیار کوتاه لیزر بحث و جدل می کردند، CPA را اختراع کردند.

استریکلند و مورو زمانی که در سال ۱۹۸۵ دانشمندان ۲ راه حل هوشمندانه برای حل این مشکل یافتند، در دانشگاه راچستر دانشجو بودند. آن ها ابتدا با تاباندن یک لیزر به یک شبکه ی انکسار، یک پرتوی لیزری را به اجزای فرکانسش تجریه کردند. پس اجزای گسترده آن، می توانست بدون بارگیری بیش از حد از یک آمپلی فایر بگذرد. در آخر، اجزای جدا شده برای ایجاد یک پرتوی قوی تر از اصلی، دوباره با هم ترکیب شدند.

اکنون CPA اصل سیستم های لیزری محسوب می شود. از جمله ی آن ها، لیزر های استفاده شده در جراحی های چشم است که در آن یک پالس نور به سرعت عدسی چشم را باز می کند، پیش از آنکه بافت های اطراف شروع به داغ شدن کنند. توشیکی توجیما، یک فیزیکدان لیزر از دانشگاه کالیفرنیا می گوید: “من خوشحالم که کمیته ی نوبل ۲۰۱۸ فیزیک، این علم را شناخته است چرا که این موضوع واقعا با ارزش است.” با جمع کردن کل انرژی در یک پالس کوتاه، لیزر هم چنین می تواند به مقادیر زیادی انرژی دست یابد؛ انرژی که از آن می توان برای ایجاد دما های بسیار بالا، زمینه های قدرتی الکترومغناطیسی، و طبق گفته ی کالیر، ” سایر شرایط ویژه ای که در غیر این صورت روی زمین یافت نخواهد شد” استفاده کرد.

دانشمندان از سراسر جهان، در حال تلاش برای ساخت قدرتمند ترین لیزر، با استفاده از CPA به عنوان یک ابزار ضروری هستند. کالیر می گوید:” محققان در کره ی جنوبی یک لیزر با ۴ پتو وات قدرت آزمایش کردند. CLF برنامه دارد که لیزر یک پتو واتی خود را با یک سیستم ۴۰ پتو واتی جایگزین کند. محققان در چین، قصد دارند یک دستگاه نوری قوی با یک لیزر قوی ۱۰۰ پتو واتی بسازند. در این سطح، نو می تواند “خلا را شکسته” و جفت ذره ی ضد پارامتر را از فضاهای خالی جدا کند. مورو نقش مهمی در پیشبرد این سطح از امکانات لیزری ایفا کرده است.

آیدل و هیولر هر دو جایزه را به خاطر شناساندن جایگاه زنان در فیزیک ستایش کردند. درحالی که ۲۰۶ مرد جایزه ی نوبل فیزیک را به دست آورده یا به اشتراک گذاشتند، تنها سه زن از جمله استریکلند این افتخار را دریافت کرده اند.