اولین زن برنده نوبل فیزیک در نیم قرن

 جایزه نوبل فیزیک امسال به‌طور مشترک به آرتور اشکین از آمریکا جرارد مورو از فرانسه و دونا استیرکلند از کانادا به‌خاطر نوآوری‌های انقلابی در حوزه فیزیک لیزری تعلق گرفته است. از سال ۱۹۶۳ سابقه نداشته است که نوبل فیزیک به یک زن در جهان برسد. ماری کوری در سال ۱۹۰۳ نخستین زن جهان بود که به‌خاطر تحقیقات خارق‌العاده روی پدیده تابش که توسط پروفسور هانری بکرل کشف شده بود برنده نوبل فیزیک شد.

پس از او در سال ۱۹۶۳ ماریا ژئوپرت مایر تنها زن دیگر تاریخ بود که برای اکتشافات خود در مورد ساختار پوسته هسته‌ای، نوبل فیزیک را دریافت کرد. اکنون پس از نیم‌قرن بار دیگر یک دانشمند زن، برنده این جایزه در رشته مهمی مانند فیزیک شده است. دونا استیرکلند مدرک مهندسی فیزیک خود را از دانشگاه «مک‌مستر» (McMaster University) کانادا دریافت کرد و در سال ۱۹۸۹ دکتری خود را در رشته «نورشناسی» از دانشگاه «راچستر» آمریکا گرفت.

• نیمی از جایزه برای انبرک نوری

نیمی از جایزه ۹ میلیون کرونی نوبل فیزیک به آرتور آشکین، دانشمند ۹۶ ساله آمریکایی برای توسعه ابزارهای لیزری «انبرک نوری» تعلق می‌گیرد که به کمک آن می‌توان ارگانیسم‌های کوچک نظیر سلول‌ها را در ابعاد میکرو جابه‌جا کرد. انبرک نوری به بیانی تحقق واقعی رؤیای برهم‌کنش نور و ماده است.

در سال1986آرتور آشکین موفق شد با استفاده از یک پرتو نور لیزر، کره‌های شفاف از جنس لاتکس را در آب معلق نگه دارد و یک سال بعد از آن نیز توانست موجودات بیولوژیکی(باکتری و پرتوزا)را با یک پرتو نور لیزر به دام بیندازد. به این ترتیب بود که انبرک‌های نوری یا دام نوری به دنیای علم وارد شد.

آرتور آشکین برای نخستین بار با استفاده از برایند نیروی پراکندگی نور و جاذبه توانست این کره دی‌الکتریک را در آب نگه دارد. در قدم‌های بعدی با استفاده از یک نیروی گرادیانی توسط یک باریکه کانونی شده توانست یک تله سه‌بعدی ایجاد کند که امروزه انبرک نوری نامیده می‌شود.

اساس کار انبرک نوری به این صورت است که نور پس از عبور از یک جسم شفاف که ضریب شکست آن اندکی با ضریب شکست محیط اطراف متفاوت است شکسته شده و زاویه ورود و خروج نور از این جسم، متفاوت می‌شود. این به‌معنای تغییرتکانه خطی نور و به تبع آن وجود یک نیروی خالص است.

طبق قانون سوم نیوتن این نیرو به جسم مقابل هم وارد می‌شود. حال اگر چیدمان شرایط طوری باشد که برایند این نیروها به سمت یک نقطه خاص باشد ذره در اثر عبور باریکه نور در آن نقطه خاص به دام می‌افتد. انبرک نوری قابلیت به تله انداختن ذراتی از مرتبه چند ده نانومتر تا چندمیکرون را دارد و ازآن می‌توان برای اندازه‌گیری نیرو‌های در حد پیکونیوتون استفاده کرد.

• نوبلی برای لیزر

کمیته نوبل همچنین اعلام کرده که نیم دیگر جایزه نوبل امسال به جرارد مورو و دونا استیرکلند برای روش آنها برای تولید پالس‌های قوی و کوتاه نوری تعلق می‌گیرد. تکنیکی که استیرکلند و مورو توسعه دادند، برای تولید پالس‌های فوق‌کوتاه و قوی در جراحی، پزشکی و مطالعات بنیادی علمی استفاده می‌شود.

پس از اختراع نخستین لیزر در سال 1960، با کاربردهای فراوانی که این وسیله در صنعت و تکنولوژی پیدا کرد، تلاش برای کوتاه‌تر کردن پهنای زمانی پالس لیزرها ادامه یافت. در سال 1985تکنیک Chirped Pulse Amplification یا CPA توسط مورو و استیرکلند ارائه شد. این تکنیک شامل 3 مرحله است؛ ابتدا با استفاده از یک لیزر، پالس کوتاهی تولید می‌شود. سپس این پالس با استفاده از یک جفت توری یا یک جفت منشور پهن می‌شود.

کشیدن پالس باعث کاهش قله توان پالس شده در نتیجه، در مرحله تقویت، آسیب‌های اپتیکی کمتری به محیط بهره لیزر وارد می‌شود. سپس پالس وارد سیستم تقویت‌کننده و در نهایت وارد مرحله فشرده‌سازی‌ که مشابه مرحله کشیدن است، می‌شود.