Нобелевскую премию по физике дали за изобретения в лазерной оптике

Москва. 2 октября. INTERFAX.RU - Шведская королевская академия наук объявила лауреатов Нобелевской премии по физике 2018 года. Премия будет вручена за новаторство в лазерной физике. Награды удостоились: американский ученый Артур Эшкин - за оптический пинцет и его применение в области биологии, французский физик Жерар Муру и Донна Стрикленд из Канады - за разработку метода генерации высокоинтенсивных ультракоротких оптических импульсов.

Прямая трансляция объявления победителя велась на сайте Нобелевского комитета.

Артур Эшкин - физик, инженер, лауреат множества премий. Учился в Корнелльском университете. Известен как один из создателей оптических ловушек и исследованиями в области оптики.

Жерар Муру - французский и американский физик, с 2008 года иностранный член РАН. Основная сфера научной деятельности - физика лазеров и нелинейная оптика. В 1985 году Муру вместе с Донной Стрикленд из Университета Уотерлу (Канада) предложил новую технику получения сверхмощных лазерных импульсов.

В Нобелевском комитете в свою очередь напомнили, что Стрикленд стала третьей женщиной - лауреатом Нобелевской премии по физике (после Марии Кюри и Марии Гёпперт-Майер).

Комментируя эту деталь, Стрикленд сказала, что ранее "не задумывалась" по этому поводу. "Я думала, что на самом деле больше. Очевидно, что нам, женщинам-физикам, нужно отпраздновать (награждение - ИФ). Я надеюсь, что награждение женщин будет проходить более часто. То, что я одна из женщин (лауреатов - ИФ) - большая честь для меня", - сказала она, отвечая на вопросы журналистов по телефону в ходе пресс-конференции.

Оптический пинцет

Как отмечает N+1, оптический пинцет (optical tweezer) позволяет захватывать и перемещать микроскопические объекты - например, атомы или живые клетки - с помощью лазерного пучка специальной формы. Когда микрочастица попадет в электрическое поле лазерного пучка, ее заряд перераспределяется по объему, и в ней наводится электрический дипольный момент. С другой стороны, энергия диполя, помещенного в электрическое поле, зависит от его ориентации — следовательно, в попытке уменьшить эту энергию микрочастица будет поворачиваться и "ползти" вдоль градиента поля. Получается, будто на частицу со стороны лазера действует эффективная градиентная сила. Если же сфокусировать лазер таким образом, чтобы его профиль напоминал распределение Гаусса, градиент электрического поля будет направлен в одну точку, и в результате частица окажется захвачена лазерным пучком.

Впервые градиентные силы были экспериментально открыты в 1970 году Артуром Эшкиным, работавшим на тот момент в Bell Labs. 16 лет спустя, в 1986 году, физик построил первый полноценный оптический пинцет, способный захватывать и перемещать микроскопические частицы. Еще через год Эшкин показал, что разработанную им технологию можно применить для изучения биологических объектов, захватив в оптическую ловушку вирусы табачной мозаики и бактерию Escherichia coli.

"Этот метод активно используется в биологии - если вы подобрали длину волны так, что частица его не поглощает. Например, вы можете перемещать живую клетку куда вам нужно, причем клетка не разрушается, остается целой и жизнеспособной. И ее можно разместить там где вам нужно с точностью до нескольких сотен нанометров — в зависимости от длины волны лазера", — сообщает N+1 со ссылкой на Дмитрия Чубича, сотрудника лаборатории 3d-печати функциональных микроструктур МФТИ.

С тех пор оптические пинцеты активно применяются для исследования процессов, протекающих в живых организмах. В частности, с их помощью биофизики измерили вязкоупругие свойства биополимеров и научились собирать искусственные клетки в упорядоченные структуры. Кроме того, ученые часто используют оптические пинцеты, чтобы управлять отдельными атомами — например, в марте этого года австралийские физики измерили с точностью до сотых долей аттоньютона силу, действующую на отдельный атом, а в апреле американские исследователи впервые провели химическую реакцию между отдельными атомами щелочных металлов. Более того, оптические пинцеты имеют очевидные практические применения — в январе этого года американские инженеры получили с помощью этой технологии цветное трехмерное изображение, напоминающее голограммы из научно-фантастических фильмов.

Ультракороткие оптические импульсы

Жерар Муру и Донна Стрикленд отмечены премией за метод получения ультракоротких оптических импульсов, которые сегодня используются в самых разных областях — например, для изучения очень быстрых процессов, для модификации поверхностей.

Усиление чирпированных импульсов

"Мы применяем их, как правило, для структурирования поверхностей. Если импульс длится долго, то первый фронт импульса запускает отклик в веществе, а следующие за ним могут этот отклик нивелировать. Здесь же все происходит настолько мгновенно, что он ударил, и в веществе появился отклик, наиболее чистый с физической точки зрения. С его помощью мы получаем различные плазмонные структуры на поверхности вещества. Эти структуры могут работать как антенны, то есть преобразовывать излучение на этих структурах. В частности, это используется для усиления сигналов фотолюминесценции, сигналов комбинационного рассеивания света, для сверхчувствительного химического анализа, для создания метаматериалов, супергидрофобных поверхностей", - пояснил сотрудник Института автоматики и процессов управления ДВО РАН Олег Витрик.

Прошлогодние призеры

Лауреатами Нобелевской премии по физике в 2017 году стали американские ученые: Райнер Вайсс, профессор физики Массачусетского технологического института, а также Кип Торн и Барри Бариш, профессора физики Калифорнийского технологического института за решающий вклад в детектор LIGO и за наблюдение гравитационных волн.

Гравитационные волны - это распространяющиеся в пространстве-времени колебания геометрической структуры пространства-времени, которые движутся со скоростью света. Их существование было предсказано общей теорией относительности Альберта Эйнштейна сто лет тому назад. Главные источники гравитационных волн - это сливающиеся двойные нейтронные звезды или черные дыры, то есть два массивных объекта, вращающиеся по орбите вокруг общего центра масс.

Для их экспериментального обнаружения ученые приложили немало усилий. Осенью 2015 года начались постоянные наблюдения на детекторе aLIGO (Advanced Laser-Interferometer Gravitatioal Wave Obsevatory) в США. В феврале 2016 года на пресс-конференции научной коллаборации LIGO в Вашингтоне объявили об экспериментальном открытии гравитационных волн.

Без литературы

С вручения премии по физиологии и медицине стартовала "нобелевская неделя" - с 1 по 8 октября.

1 октября уже объявили лауреатов Нобелевской премии в области физиологии и медицины. 3 октября станет известен победитель в области химии. Лауреата премии мира огласят в пятницу, 5 октября. Премию по экономическим наукам памяти Альфреда Нобеля, учрежденную с 1969 года Банком Швеции, присудят 8 октября.

В этом году в Стокгольме огласят имена четырех из пяти нобелевских лауреатов. Нобелевский комитет решил не присуждать Нобелевскую премию по литературе и перенес ее вручение на 2019 год. Такое решение было принято из-за скандала в Шведской академии с обвинениями в сексуальных и финансовых злоупотреблениях, в результате которого из организации ушли шесть ее членов. Ситуация, в которой вручение премии по литературе перенесли из-за скандала, - первая в истории награды. Между тем и раньше были случаи, когда премию по литературе не присуждали. Так, в 1935 году было решено, что ни один из претендентов не достоин награды. В последний раз Шведская Академия наук не вручала Нобелевскую премию по литературе в 1943 году во время Второй мировой войны.

Размер Нобелевской премии в прошлом году был увеличен до 9 млн шведских крон ($1,12 млн).

Церемония награждения лауреатов пройдет традиционно в Стокгольме 10 декабря, в этот день в 1896 году скончался шведский предприниматель и изобретатель, основатель премии Альфред Нобель.