Нобелівську премію з фізики присудили за розробки в галузі лазерної оптики
Нобелівська премія з фізики 2018 року присуджена Артуру Ешкіну (Arthur Ashkin) за оптичний пінцет і його застосування в галузі біології, Жерару Муру (Gerard Mourou) і Донні Стрікленд (Donna Strickland) за розробку методу генерації високоінтенсивних ультракоротких оптичних імпульсів. Пряма трансляція оголошення переможця ведеться на сайті Нобелівського комітету. Детальніше про заслуги вчених можна дізнатися в прес-релізі Нобелівського комітету.
Оптичний пінцет (optical tweezer) дозволяє захоплювати і переміщати мікроскопічні об'єкти - наприклад, атоми або живі клітини - за допомогою лазерного пучка спеціальної форми. Коли мікрочастинка потрапить в електричне поле лазерного пучка, її заряд перерозподіляється за обсягом, і в ній наводиться електричний дипольний момент. З іншого боку, енергія діполя, поміщеного в електричне поле, залежить від його орієнтації - отже, в спробі зменшити цю енергію мікрочастинка буде повертатися і «повзти» вздовж градієнта поля. Виходить, ніби на частинку з боку лазера діє ефективна градієнтна сила. Якщо ж сфокусувати лазер таким чином, щоб його профіль нагадував розподіл Гаусса, градієнт електричного поля буде направлений в одну точку, і в результаті частинка виявиться захоплена лазерним пучком.
Вперше градієнтні сили експериментально відкрили 1970 року Артур Ешкін, який працював на той момент у Bell Labs. 16 років потому, 1986 року, фізик побудував перший повноцінний оптичний пінцет, здатний захоплювати і переміщати мікроскопічні частинки. Ще через рік Ешкін показав, що розроблену ним технологію можна застосувати для вивчення біологічних об'єктів, захопивши в оптичну пастку віруси тютюнової мозаїки і бактерію.
"Цей метод активно використовується в біології - якщо ви підібрали довжину хвилі так, що частинка його не поглинає. Наприклад, ви можете пересувати живу клітку куди вам потрібно, причому клітина не руйнується, залишається цілою і життєздатною. І її можна розмістити там де вам потрібно з точністю до декількох сотень нанометрів - залежно від довжини хвилі лазера ", - сказав N + 1 Дмитро Чубич, співробітник лабораторії 3d-друку функціональних мікроструктур МФТІ.
Відтоді оптичні пінцети активно застосовуються для дослідження процесів, що протікають у живих організмах. Зокрема, з їх допомогою біофізики виміряли в'язкоупругу властивості біополімерів і навчилися збирати штучні клітини в упорядковані структури. Крім того, вчені часто використовують оптичні пінцети, щоб керувати окремими атомами - наприклад, у березні цього року австралійські фізики виміряли з точністю до сотих часток аттоньютона силу, що діє на окремий атом, а в квітні американські дослідники вперше провели хімічну реакцію між лужних металів. Більш того, оптичні пінцети мають очевидні практичні застосування - в січні цього року американські інженери отримали за допомогою цієї технології кольорове тривимірне зображення, що нагадує голограми з науково-фантастичних фільмів.
Жерар Муру і Донна Стрікленд (вона стала третьою жінкою в історії, яка отримала Нобелівську премію з фізики після Марії Кюрі і Марії Гепперт-Майєр) відзначені за метод отримання ультракоротких оптичних імпульсів, які сьогодні використовуються в різних областях - наприклад, для вивчення дуже швидких процесів, для модифікації поверхонь.
"Ми застосовуємо їх, як правило, для структурування поверхонь. Якщо імпульс триватиме довго, то перший фронт імпульсу запускає відгук у речовині, а наступні за ним можуть цей відгук нівелювати. Тут же все відбувається настільки миттєво, що він вдарив, і в речовині з'явився відгук, найбільш чистий з фізичної точки зору. За його допомогою ми отримуємо різні плазмонні структури на поверхні речовини. Ці структури можуть працювати як антени, тобто перетворювати випромінювання на цих структурах. Зокрема, це використовується для посилення сигналів фотолюмінесценції, сигналів комбінаційного розсіювання світла, для надчутливого хімічного аналізу, для створення метаматеріалів, супергідрофобних поверхонь ", - пояснив N + 1 співробітник Інституту автоматики і процесів управління ДВО РАН Олег Вітрик.
Торік Нобелівську премію з фізики отримали Райнер Вайсс, Баррі Беріш і Кіп Торн «за вирішальний внесок у детектор LIGO і за спостереження гравітаційних хвиль». Завдяки роботі вчених астрономи отримали ще один канал спостережень за далекими об'єктами. Більш детально про історію і роботу детектора LIGO, а також про майбутнє гравітаційної астрономії можна прочитати в наших матеріалах «Тонше протона» і «За хвилею хвиля».
У 2016 році лауреатами Нобелівської премії з фізики стали Дункан Халдейн, Девід Таулесс і Майкл Костерліц, які розробили теорію топологічних фазових переходів. Побудована фізиками теорія передбачає, що в почесних системах можуть існувати фазові переходи, хоча параметр порядку в них відсутній, - це дозволяє описувати надпровідність, надплинність і магнітне впорядкування в тонких шарах матеріалів. Детальніше про роботу вчених можна прочитати в матеріалі «Топологічно захищений».
Розмір Нобелівської премії не фіксований, а визначається відсотками з рахунку Альфреда Нобеля - тому протягом історії він постійно коливався, хоча і залишався в районі одного мільйона доларів в перерахунку на сучасний курс. Максимальними преміями лауреатів нагороджували 2007 року - тоді розмір однієї премії становив приблизно 1,56 мільйона доларів. У 2012 році фонд зменшив усі премії на 20 відсотків, щоб уникнути скорочення капіталу. Цього року розмір премії становить 9 мільйонів крон (трохи менше 1 мільйона доларів США за поточним курсом).