داغ و سرد: فناوری لیزر در علوم و فراتر از آن

در سال 2018 ، آرتور اشکین ، ژرارد مورو و دونا استریکلند به دلیل "اختراعات پیشگامانه در زمینه فیزیک لیزر" جایزه نوبل فیزیک دریافت کردند. اشکین چیزی را ایجاد کرد که به نظر می رسد مستقیم از داستان های علمی تخیلی است: ابزار ساخته شده از نور ، به اصطلاح "موچین نوری". در همین حال ، Mourou و Strickland راه را برای کوتاهترین و شدیدترین پالس های لیزری که تاکنون توسط بشر ایجاد شده ، هموار کردند که علاوه بر اینکه یک موفقیت چشمگیر در خود است ، دنیایی کاملاً جدید از امکانات را باز می کند.

در واقع ، لیزرها قبلاً از روش های پیش بینی شده در پیشگامان این فناوری به روش های بیشتری استفاده شده اند. بیایید نگاهی به برخی از روشهای تغییر لیزرهای دنیا بیندازیم.

موچین نوری

آنچه لیزر را خاص می کند این است که منبع نور منسجمی از خود ساطع می کند - به عبارت دیگر ، منبع موج همیشه فرکانس ، شکل موج و اختلاف فاز را دارد. این امر به تعداد بیشماری از برنامه های کاربردی برای پرتوهای لیزر ، از جمله ، در میان دیگران ، دستکاری اشیاء بسیار کوچک (حتی به اندازه اتم) امکان پذیر است.

مانند هر موج الکترومغناطیسی ، پرتوی لیزر انرژی و حرکت دارد که می تواند در مسیر خود به ذره ای منتقل شود. این اثر متقابل به طور قابل توجهی تحت تأثیر ضریب شکست اشیا قرار می گیرد ، و این معیار اندازه گیری سرعت انتشار نور از طریق ماده است. با در نظر گرفتن تفاوت در ضریب شکست بین یک جسم و محیط اطراف آن ، می توان لیزر را برای نگه داشتن و جابجایی جسمی ها تنظیم کرد ، مانند یک موچین بسیار دقیق عمل می کند.

مقدمات ایجاد موچین نوری در سال 1970 توسط آرتور اشکین ، که در آن زمان در آزمایشگاه های بل ، نیوجرسی کار می کرد ، گذاشته شد. با این حال ، تا سال 1986 نیست که اشکین و همکارانش اولین موچین نوری واقعی را نشان دادند - یا همانطور که در آن زمان آن را صدا کردند ، "به دام افتادن نوری ذرات دی الکتریک توسط یک تله نیروی گرادیان یک پرتو".

از موچین نوری برای به دام انداختن تعداد زیادی اشیاء ، از جمله ویروس ها ، باکتری ها ، ذرات فلزی و حتی رشته های DNA استفاده شده است. پتانسیلهای زیادی برای کاربردها در علوم زندگی وجود دارد که برخی از مطالعات حاکی از آن است که موچین نوری ممکن است در تشخیص و درمان بیماریهایی مانند سرطان محوری باشد.

اتمهای خنک کننده و GPS

با این حال ، اشکین تنها برنده جایزه نوبل نیست که از موچین نوری استفاده می کند: یکی از همکارانش در آزمایشگاه های بل ، استفان چو ، برنامه های متفاوتی برای این فناوری داشت. او می خواست آنها را برای خنک کردن اتم ها بکار بگیرد - بسیار پایین.

به همراه همکارانش کلود کوهن تانودجی و ویلیام دی فیلیپس ، چو از موچین نوری برای ضبط اشیاء بسیار کوچکتر از اشکین استفاده کرد ، به قطر 0.1 نانومتر. آنها همچنین چیزی را ایجاد کردند که آنها را "ملاس نوری" می نامند. در اصل ، ملاس های نوری از اتم های لیزر متمرکز استفاده می کنند تا یک محیط شبیه چسبناک را برای اتم های خنثی ایجاد کنند ، حرکت آنها را کندتر کرده و در نتیجه ، اتم ها را به درجه حرارت ناخوشایند خنک می کنند: فقط 0.000001 درجه کلوین بالاتر از صفر مطلق.