آرتور اشکین

آرتور اشکین - که بسیاری از آنها پدر تله نوری می دانند - یکی از غول های علوم لیزر است. در یک کار شگفت انگیز در آزمایشگاه های بل که چهار دهه به طول انجامید ، اشکین چگونگی ساخت لیزرها را به فشار ، کشیدن و نگه داشتن روی اجسام ریز مانند ذرات دی الکتریک کوچک ، سلول ها و مولکول های بیولوژیکی مانند DNA فهمید. در معروف ترین آزمایش خود ، اشکین به همراه استیو چو و سایر همکارانش ، اتم های فردی را با استفاده از تنها نور ، سرد کرده و به دام انداختند.

اشکین در سال 1922 به دنیا آمد و در بروکلین نیویورک بزرگ شد. برای کالج به دانشگاه کلمبیا رفت و در آنجا به عنوان یک تکنسین در ساختن آهن ربا برای وسایل راداری ارتش ایالات متحده کار خود را آغاز کرد. در طول سال سوپرفروشی وی به جنگ جهانی دوم اعزام شد ، اما سرپرست وی سید میلمن تماس تلفنی برقرار کرد و اشکین را در "ذخایر ثبت نام شده" قرار داد ، و به اشکین اجازه داد تا در تمام مدت جنگ در آزمایشگاه فعالیت کند.

پس از جنگ ، اشکین به توصیه برادرش ، یک فیزیکدان هسته‌ای که با ریچارد فاینمن و هانس بته روی پروژه منهتن کار کرده بود ، به کورنل رفت. اشکین نیز فیزیک هسته ای را فرا گرفت ، اما در نهایت تصمیم گرفت که وارد آن رشته نشود زیرا برادرش قبلاً خیلی شناخته شده بود. او می گوید: "من به عنوان برادر اشکین شناخته شدم."

در همین حال ، میلمان به بل آزمایشگاه ها نقل مکان کرده است ، پایگاه بزرگ تحقیقات علوم پایه که در آن ماسر - پیشرو لیزر - در سال 1958 اختراع شد. اشکین پس از اتمام دوره دکترا دعوت نامه ای را از Millman دریافت کرد و در سال 1952 شروع به کار در آزمایشگاه در موری هیل ، نیوجرسی ، در حال مطالعه مایکروویو است. در سال 1961 او به لیزرها تغییر یافت و شروع به کار بر روی نوسان سازهای پارامتری و نسبتهای غیرخطی از الیاف نوری کرد.

با این حال ، بزرگترین دستاوردهای اشکین در مطالعه فشار تابش به دست آمد - این ایده که نور و سایر اشکال تشعشع می توانند بر اجسام تأثیر بگذارند. در هولدمل ، یکی دیگر از تاسیسات Bell Labs که در سال 1967 به آنجا منتقل شد ، وی کشف کرد که می تواند کره ای از لامپ های کوچک (به اندازه میکرون) را با استفاده از پرتو لیزر به داخل آب منتقل کند. وی همچنین دریافت که حوزه ها از حاشیه پرتو به سمت مرکز کشیده می شوند و تله را تسهیل می کنند.

سپس اشکین از طرف مقابل پرتو دوم را بر روی کره متمرکز کرد. این دو تیر ، کره ها را به طور کلی در جای خود نگه داشتند و اولین تله نوری را تشکیل دادند. Ashkin نتایج خود را در Physical Review Letters در سال 1970 منتشر کرد.

رویای اشکین به دام انداختن اتم ها بود ، اما او در سرد کردن اتم ها به اندازه کافی سرد بود تا بتواند برای مدت طولانی آنها را نگه دارد. در سال 1975 ، تئودور هونش و آرتور شاولو با ارائه گزارشی مبنی بر خنک شدن اتمها با استفاده از اثر معروف داپلر ، که در رادارهای پلیس ، ردیابی طوفان و تعیین فاصله از اشیاء دورافتاده در جهان نیز مورد استفاده قرار می گیرد ، یک بینش اساسی ارائه دادند. این روش به "ملاس نوری" معروف است. جان هال و همکارانش دانشگاه کلرادو در بولدر تکنیکهای مهمی را برای اجرای این ایده تهیه کردند.

با استفاده از این تکنیک های جدید ، اشکین ، همکار جدید خود استیو چو و دیگران در آزمایشگاه در سال 1984 آزمایشگاهی را برای خنک کردن و به دام انداختن گروهی از اتم ها آغاز کردند. چو قبل از تلاش برای به دام انداختن اتمها ، آزمایش اولیه را برای مطالعه طرح خنک کننده ملاس نوری پیشنهاد کرد. این گروه موفق شد گروهی از 500 اتم سدیم خنک شده را به مدت 300 ثانیه در میکرو کلوین نگه دارد. آنها سپس آزمایش دیگری را انجام دادند که در آن آنها اتم های خنک شده را با استفاده از تله "موچین نوری" به دام انداختند ، که در آن یک پرتو لیزر تنها از طریق یک لنز متمرکز می شود. این گروه نتایج خود را در مقاله ای در Physical Review Letters در سال 1986 منتشر کردند که شامل اولین عکس های رنگی است که هر یک در این ژورنال منتشر می شود. این نخستین تله اتمی پایدار ، سه بعدی و کاملاً نوری در جهان بود (بیل فیلیپس و همکارانش در دفتر ملی استاندارد [اکنون موسسه ملی استاندارد و فناوری] در گیتسبرگ ، مریلند چندی قبل موفق به به دام افتادن اتمها مغناطیسی شده بودند ، اما با تراکم بسیار پایین تر)

چو در ادامه از اتم های خنک شده برای ایجاد یک "چشمه اتمی" استفاده کرد که برای افزایش بسیار زیاد دقت ساعتهای اتمی و اندازه گیری تجربی شتاب به دلیل گرانش استفاده می شد و در نهایت برنده جایزه نوبل شد ، به همراه فیلیپس و نظریه پرداز کلود کوهن. -تانودجی ، برای این کار. به دام افتادن نوری همچنین در تولید و مطالعه تراکم بوز-انیشتین در سال 2001 به نوبل مشترک اریک کرنل ، ولفگانگ کاترل و کارل ویمن کمک کرد.

در همین حال ، اشکین بر استفاده از موچین نوری برای به دام انداختن و مطالعه انواع مختلف زندگی از جمله ویروس موزائیک توتون ، باکتری های مختلف ، گلبول های قرمز و جبر ، بدون آسیب رساندن آنها متمرکز شد. وی در ادامه به بررسی ساختار سلول داخلی ، با استفاده از موچین خود برای دستکاری سیتوپلاسم سلول و اندامکها در آنچه که او "نوعی از عمل جراحی سلولی داخلی" توصیف می کند ، استفاده کرد.

تکنیک موچین نوری Ashkin توسعه یافته منجر به انفجار تحقیقات بیوفیزیکی شده است که اندازه گیری ها و دستکاری های دقیق تر و دقیق تر سیستم های بیولوژیکی ریز را انجام می دهد. محققان حرکت موتورهای مولکولی که وظیفه حمل و نقل درون سلول را بر عهده دارند ، مطالعه کرده اند و حرکت مولکول های RNA را بر روی یک الگوی DNA ، با وضوح کمتر از یک نانومتر مشاهده می کنند - صدها برابر بهتر از آنچه که با میکروسکوپ سبک قابل دستیابی است. . گروه های دیگر از موچین نوری برای اندازه گیری خواص مکانیکی اجزای داخل سلول مانند میکروتوبول ها و رشته های اکتین استفاده کرده اند ، Sp جدید را کشف کردند