Nobelova nagrada za otkrića u oblasti fizike lasera

Piše: Nikola Filipović, asistent
Departmanu za fiziku, PMF u Nišu

Na svečanosti Kraljevske švedske akademije nauka u Stokholmu, održane prošlog utorka, dodeljena je Nobelova nagrada za fiziku. Troje naučnika podelilo je ovo veliko priznanje, i to, kako se navodi u izveštaju Kraljevske akademije, za “revolucionarna otkrića u oblasti fizike lasera“. Ovo je, takođe, prvi put posle 55 godina da jedna žena dobije Nobelovu nagradu za fiziku.

Dobitnici Nobelove nagrade za fiziku za 2018. godinu su Artur Eškin, iz Belovih laboratorija (SAD), Žerar Muru, sa Politehničke škole (Francuska) i Univerziteta u Mičigenu (SAD), kao i Dona Strikland, sa Univerziteta u Vaterlou (Kanada). Artur Eškin je dobio polovinu nagrade od 9 miliona švedskih kruna (oko 860 000 evra) za optičke pincete i njihove primene u biološkim sistemima, dok su Žerar Muru i Dona Strikland podelili drugu polovinu, koju su dobili za njihov metod generisanja ultrakratkih optičkih pulseva visokog intenziteta.

Prema saopštenju Kraljevske švedske akademije nauka, otkrića koja su ove godine počastvovana Nobelovom nagradom, uvela su revoluciju u fiziku lasera, bacajući potpuno novo svetlo na proučavanje jako malih objekata i izuzetno brzih procesa. Instrumenti, čija je preciznost podignuta na potpuno novi nivo, otvaraju mnoštvo neistraženih oblasti istraživanja, kao i veliki broj mogućnosti za primenu u raznim oblastima industrije i medicine.

Artur Eškin izumeo je optičke pincete koje svojim laserskim “prstima” mogu da hvataju čestice, atome, viruse i druge žive ćelije. Ovaj novi alat omogućio je Eškinu da realizuje dugogodišnji san naučne fantastike – da pomera fizičke objekte isključivo pomoću pritiska svetlosnog zračenja. Njegovo dostignuće ogleda se u tome što je uspeo da iskoristi lasersku svetlost da male čestice pomera ka centru laserskog snopa, i tu ih zadržava. Ovo je fizički moguće zbog postojanja gradijentne sile, nastale usled činjenice da intenzitet laserskog snopa opada od njegovog centra. Ova sila deluje upravo ka centru, i tamo usmerava sve objekte koji se nađu unutar snopa. Na ovaj način, moguće je sakupljati male čestice i, pomeranjem lasera, prenositi ih na različita mesta, baš kao što je to moguće sa običnim pincetama.

Science fiction has become a reality. Optical tweezers make it possible to observe, turn, cut, push and pull with light. In many laboratories, laser tweezers are used to study biological processes, such as proteins, molecular motors, DNA or the inner life of cells.#NobelPrize pic.twitter.com/tWK55J4VcP

— The Nobel Prize (@NobelPrize) October 2, 2018

Glavni proboj u ovom polju desio se 1987. godine, kada je Eškin uspeo da, koristeći optičke pincete, uhvati žive bakterije tako da ih ne ošteti. Nakon ovog izuzetnog poduhvata, krenuo je da proučava biološke sisteme, da bi danas optičke pincete postale naširoko korišćene u izučavanju kompleksne mašinerije života.

Žerar Muru i Dona Strikland popločali su put ka stvaranju najkraćih i najintenzivnijih laserskih pulseva koje je čovečanstvo ikada stvorilo. Njihov revolucionarni članak objavljen je 1985. godine, i bio je osnova doktorske disertacije Done Strikland.

Koristeći genijalan pristup, uspeli su da proizvedu ultrakratke laserske pulseve visokog intenziteta bez oštećenja materijala koji služi da stvori pojačanje signala. Najpre su laserske pulseve “raširili” u vremenu (povećali su im dužinu trajanja), obezbeđujući da se energija pulsa prenosi kroz sredinu duže vreme, smanjujući tako maksimalnu snagu pulsa, kao i gubitke prilikom celokupnog procesa. Tako raširene pulseve su potom pojačavali, a zatim ponovo “sabili”. Kada se puls “sabije” u vremenu, postaje kraći, više svetlosti spakovano je u istom malom delu prostora, čime se intenzitet pulsa dramatično uvećava.

Ultra-sharp laser beams make it possible to cut or drill holes in various materials extremely precisely – even in living matter. Millions of eye operations are performed every year with the sharpest of laser beams.#NobelPrize pic.twitter.com/MiYb4i8AHw

— The Nobel Prize (@NobelPrize) October 2, 2018

Tehnika koju su izumeli Strikland i Muru, nazvana “pojačanje čirpovanog pulsa” (engl. chirped pulse amplification, CPA), ubrzo je postala standard za stvaranje lasera visokog intenziteta. Koristi se, između ostalog, u milionima korektivnih operacija oka, koje se sprovode svake godine korišćenjem najoštrijih laserskih snopova, dobijenim na gore opisani način.

Ovogodišnja Nobelova nagrada za fiziku ostaće upamćena i po tome što je nagrada, nakon punih 55 godina, otišla u ruke jednoj ženi. Takođe, Dona Strikland je samo jedna od tri žene koje su dobile ovu prestižnu nagradu. Pre nje, to su bile čuvena Marija Kiri, koja je ovu nagradu dobila 1903. godine, i Marija Gepert-Majer, koja je Nobelov laureat bila 1963. godine. Pored toga, ostalo je upisano i da je Artur Eškin postao najstariji dobitnik Nobelove nagrade za fiziku. On je postao laureat u svojoj 96. godini, nadmašivši tako Leonida Hurvica, koji je 2007. godine postao nobelovac u svojoj 90. godini života.

Tekst je najvećim delom preuzet sa zvanične internet stranice Nobelove nagrade.