Οι Arthur Ashkin, Gérard Mourou και Donna Strickland είναι οι επιστήμονες που θα μοιραστούν το Νόμπελ Φυσικής του 2018, μετά τη σχετική ανακοίνωση της Σουηδικής Ακαδημίας, “για τις πρωτοπόρες εφευρέσεις στο πεδίο της φυσικής του λέιζερ”. Ο Ashkin λαμβάνει το μισό βραβείο για την ανάπτυξη οπτικών λαβίδων με σκοπό το χειρισμό αντικειμένων για βιολογικές μελέτες. Ο Mourou και η Strickland θα λάβουν το άλλο μισό για την ανάπτυξη των έντονων υπερβραχέων παλμών λέιζερ. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι η Strickland είναι η πρώτη γυναίκα που κερδίζει το βραβείο μετά από 55 χρόνια και μόλις η τρίτη στην Ιστορία.
Ο Arthur Ashkin είχε ένα όνειρο: να βάλει δεσμίδες φωτός να δουλεύουν ώστε να μετακινεί αντικείμενα. Στην λαϊκή κουλτούρα αυτή η ιδέα ξεκίνησε στα μέσα της δεκαετίας του 1960, με το Star Trek, όπου μία δέσμη φωτός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ανακτηθούν αντικείμενα, ακόμα και αστεροειδείς στο διάστημα, χωρίς να τα αγγίξουμε. Φυσικά, αυτό είναι καθαρή επιστημονική φαντασία. Μπορούμε να αντιληφθούμε ότι οι δεσμίδες μεταφέρουν ενέργεια – καθώς για παράδειγμα ζεσταινόμαστε από τον ήλιο – αν και η πίεση που ασκείται από αυτές είναι πολύ μικρή για να αισθανθούμε την παραμικρή επαφή. Ωστόσο, αυτή η δύναμη θα μπορούσε να είναι αρκετή για να μετακινήσει μικροσκοπικά σωματίδια και άτομα;
Αμέσως μετά την εφεύρεση του πρώτου λέιζερ, το 1960, ο Ashkin ξεκίνησε τα πειράματά του με νέα όργανα στο Εργαστήριο Bell, έξω από τη Νέα Υόρκη. Με το λέιζερ, τα κύματα του φωτός κινούνται με συγκεκριμένη κατεύθυνση, σε αντίθεση με το συνηθισμένο λευκό φως όπου οι δεσμίδες αποτελούνται από όλα τα χρώματα της ίριδος και διαχέονται προς πάσα κατεύθυνση.
Ο Ashkin αντελήφθη ότι το λέιζερ θα μπορούσε να είναι το τέλειο εργαλείο για να μπορέσει να μετακινήσει μικρά σωματίδια με δεσμίδες φωτός. Φώτισε διαφανείς σφέρες, μεγέθους χιλιοστών και τελικά κατάφερε να τις μετακινήσει. Την ίδια στιγμή ο Ashkin παρατήρησε τον τρόπο με τον οποίο οι σφαίρες μετακινούνταν προς το κέντρο της δεσμίδας, όπου αυτή ήταν πιο έντονη. Η εξήγηση είναι ότι όσο ισχυρό κι αν είναι ένα λέιζερ, η ένατσή του φθήνει από το κέντρο προς το εξωτερικό της δεσμίδας. Έτσι, η ακτινοβόλα πίεση που το λέιζερ ασκεί στα σωματίδια επίσης ποικίλλει, πιέζοντάς τα προς το κέντρο της δεσμίδας, που κατακρατά τα σωματίδια εκεί.
Με σκοπό να μπορέσει να “κρατήσει” τα σωματίδια στην κατεύθυνση της δεσμίδας, ο Ashkin προσέθεσε ισχυρούν φακούς στο φως του λέιζερ. Τα σωματίδια σε αυτή την περίπτωση συγκεντρώνονταν εκεί που υπήρχε η μεγαλύτερη ένταση φωτός. Μια παγίδα φωτός γεννήθηκε, η οποία έμεινε γνωστή ως οπτική λαβίδα (optical tweezer).
Στα μέσα του 1980, η έρευνα για την αύξηση της έντασης των δεσμίδων λέιζερ είχε ωστόσο φτάσει σε ένα οριακό σημείο. Το φως, γεννιέται μέσα από αλυσιδωτή αντίδραση κατά την οποία τα σωματίδια του φωτός, τα φωτόνια, γεννούν ακόμα περισσότερα φωτόνια. Αυτά μπορούν να εκπέμπονται σε παλμούς. Οι βραχείς παλμοί δε μπορούσαν πια να κατασκευαστούν με τρόπο που να έχουν μετγαλύτερη ένταση, καθώς αυτό κατέστρεφε κάθε μεγεθυντικό αντικείμενο.
Μια νέα τεχνική, των Strickland και Mourou, που έμεινε γνωστή ως ενίσχυση παλμών “chipred” (τιτίβισμα) ή CPA, ήταν και απλή και λειτουργική. Ένας παλμός λέιζερ, εκτείνεται στο χρόνο, μεγεθύνεται και στη συνέχεια ξανασυμπιέζεται χρονικά. Όταν ένας παλμός εκτείνεται στο χρόνο, η μέγιστη ισχύς του είναι πολύ μικρότερη, ώστε να μπορεί να μεγεθυνθεί κατά πολύ χωρίς να καταστραφεί ο μεγεθυντής. Αυτός ο παλμός στη συνέχεια συμπιέζεται χρονικά, που σημαίνει ότι μεγαλύτερη ποσότητα φωτός πακτώνεται σε έναν μικροσκοπικό χώρο και έτσι η ένταση του παλμού αυξάνεται θεαματικά.
Αυτή η τεχνική που αποτελεί εφεύρεση των Strickland και Mourou, αποτέλεσε επανάσταση για τη φυσική του λέιζερ. Έγινε ένα πρότυπο για όλα τα μετ’έπειτα λέιζερ μεγάλης εντάσεως και άνοιξε την πόρτα σε ολότελα νέα πεδία έρευνας και εφαρμογών στη φυσική, τη χημεία και την ιατρική.
Be First to Comment