Лазерная техника на грани фантастики

Нобелевский комитет наградил в этом году сразу трех физиков. Они работают в сфере лазерной оптики, но занимаются совершенно разными направлениями — правила вручения премии позволяют делить ее между авторами нескольких открытий. В этом году премия составляет 9 млн крон (чуть больше $1 млн). Половину этой суммы получил американский физик Артур Ашкин за свой «оптический пинцет», изобретенный в 1987 году. «Ашкин реализовал свою мечту, создав световую ловушку, — говорится в пресс-релизе Нобелевского комитета. — Так научная фантастика стала реальностью».

Принцип работы «оптического пинцета» состоит в использовании давления света. «Идея была такая: свет оказывает давление на физические тела, хоть и очень слабенькое. Но если использовать достаточно точные импульсы лазера, то при помощи света станет возможным удерживать и перемещать какие-то очень маленькие объекты, — пояснил популяризатор науки, главный редактор портала Neuronovosti.ru и научный редактор портала Indicator.ru Алексей Паевский. — И тогда лучом света мы можем манипулировать клетками и атомами. Например, биологи так изучают молекулы — могут управлять ими фактически как своими руками. И полученные таким образом знания используются для разработки лекарств, для борьбы с болезнями».

«Это, конечно, уникальное открытие, — сказал директор Института регенеративной медицины Сеченовского университета Петр Тимашев.— Манипулирование клетками всегда вызывало затруднения, потому что их довольно сложно выделить из-за размера. Но благодаря Ашкину мы используем высокоструктурированное, очень узкое излучение — и спокойно перемещаем микрообъекты». По его словам, особенно широко «оптический пинцет» применяется в эмбриологии.

«Когда у пациента сложности с зачатием, мы можем «оптическим пинцетом» выделить самые активные сперматозоиды и сами оплодотворить яйцеклетку. Сейчас появились и другие технологии, но эта остается прекрасной возможностью. И у нас в стране есть очень сильные научные группы, которые прекрасно владеют такой техникой».

«Есть большая вероятность, что использование такого лазерного излучения позволит получить фотоны более высоких энергий, пучки закрученных электронов, — сказал сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Леонид Сухих. — А это уже может открыть перед нами совершенно новую физику высоких энергий».

Вторую часть премии получили Жерар Муру (Франция) и Донна Стикланд (Канада) за открытие способа увеличения мощности лазеров, которое они сделали в 1985 году. Это «открыло новые области исследований и привело к широкому промышленному и медицинскому применению», сообщил Нобелевский комитет.

«Это настолько важное открытие, что все понимали: Нобелевская премия за него гарантирована. Его авторы уже лет двадцать были во всех списках вероятных кандидатов на премию,— рассказал профессор Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Сергей Попруженко.— Единственное, в течение многих лет считалось, что награду получат три человека: два экспериментатора и кто-то из физиков-теоретиков, заложивших основы соответствующей фундаментальной теории. Но, к сожалению, к тому времени, как решили дать премию, в живых уже не осталось тех людей, которые на заре лазерной эры участвовали в создании теории». Стоит отметить, что Донна Стикланд стала третьей в истории женщиной, получившей Нобелевскую премию по физике.

По словам Сергея Попруженко, в середине 1980-х годов ученым казалось, что мощность лазеров увеличить уже невозможно и развитие лазерной техники достигло предела. Но Жерар Муру и Донна Стикланд придумали, как достаточно простым образом увеличить достижимую мощность лазерного излучения.

«Они сказали: давайте возьмем наш импульс электромагнитного излучения и растянем как гармошку. Увеличим его интенсивность снова, сожмем — и получим мощность гораздо больше, чем у нас была вначале»,— пояснил господин Попруженко.

Это решение позволило ученым получить лазерное излучения гораздо большей мощности, практически все лазерные установки в мире используют этот принцип. «Сейчас, как многие остроумные и гениальные изобретения, эта идея кажется совсем простой. Но она имеет колоссальное значение, колоссальный вклад в лазерную технологию, — сказал господин Попруженко. — И в фундаментальную физику тоже — потому что при помощи очень мощных лазерных полей можно наблюдать новые физические эффекты, которые в других случаях просто недоступны». «Мощность такого лазерного импульса — это петаватты, как у нескольких электростанций сразу. И мы можем получать совершенно необычные состояния вещества — аналогичное тому, что находится в недрах звезд»,— добавил Алексей Паевский.

Отметим, что 74-летний Жерар Муру продолжает активно заниматься наукой. В 2010-х он несколько лет работал в России.

В 2017 году лауреатами Нобелевской премии по физике стали ученые Райнер Вайсс, Кип Торн и Барри Бэриш. Премию им вручили за «решающий вклад в наблюдение за гравитационными волнами».

Первой в этом году объявили Нобелевскую премию в области медицины. Ее присудили амерканцу Джеймсу Эллисону и японцу Тасуку Хондзё за иммунотерапию рака. 3 октября объявят Нобелевскую премию по химии. 5 октября будет присуждена премия мира, 8 октября — по экономике.

По материалам газеты «Коммерсантъ»

Фото