3 октября 2018

Нобелевскую премию по физике за 2018 год вручили за изобретения в области ядерной физики

Нобелевская премия 2018 года по физике присуждена Донне Стриклэнд, Жерару Муру и Артуру Эшкену.

Как сообщается в Twitter Нобелевского комитета, ученые удостоились награды «за новаторские изобретения в области лазерной физики».

Стриклэнд стала третьей женщиной в истории, удостоенной нобелевской премии. Ее предшественницами были Мария Гепперт-Майер в 1963 году и Мария Склодовская-Кюри в 1903 году.

Отмечается, что половину премии получит Эшкин, остальную сумму поделят между собой Моуру и Стриклэнд.  Денежная составляющая премии в этом году равна примерно $1 млн.

Это изобретение позволяет манипулировать крохотными объектами, размером менее тысячной доли миллиметра. Логика работы оптического пинцета описывается следующим образом.

Лазерный пучок состоит из фотонов. Если он упадет на некую частицу, например биологический объект или конгломерат атомов металла, то направление движения лазерного луча изменится. Возникшая из-за смещения пучка сила затянет частицу в центр пучка. Она оказывается пойманной в ловушку и «убежать» уже не сможет.

Кстати, сама идея манипулирования объектами с помощью лазерных лучей наблюдалась и в работах российских физиков. В 1979 году в Институте спектроскопии коллектив ученых под руководством В.С. Летохова осуществил первый удачный эксперимент по торможению светом пучка атомов натрия.

— Оптический лазерный пинцет позволяет удерживать, например, молекулу белка на одном месте, не нанося механических повреждений биологической системе, — пояснил главный ученый секретарь НИЦ «Курчатовский институт» Сергей Стремоухов. — И это открывает возможность исследовать живую материю в том состоянии, в котором она находится в природе.

Жерару Муру и Донне Стрикланд премию присудили за «метод генерации высокоинтенсивных ультракоротких оптических импульсов». По сути, они получили награду за усовершенствование уже существующей лазерной технологии. Может показаться, что премию вручили второй раз за одно и то же изобретение, ведь Нобелевский комитет отметил создание лазера премией в 1964 году.

Но лауреаты 2018 года придумали принципиально новую схему получения лазерного пучка. Она позволила в миллион раз повысить интенсивность излучения по сравнению с прежними показателями приборов.

— Раньше энергия лазеров была слишком мала, что ограничивало их применение, — рассказал старший научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ Алексей Щербаков. — Благодаря изобретению Муру и Стрикланд мы можем не только работать с металлом, но и с помощью фокусировки лазерных импульсов в одной точке добиться даже температуры термоядерного синтеза.

К середине 80-х годов казалось, что лазерные технологии достигли своего физического предела по мощности. Дело в том, что, когда интенсивность излучения превышала некоторое значение, кристалл буквально начинал разваливаться.

— Лауреаты Муру и Стрикланд придумали очень простую вещь, — объяснил профессор кафедры теоретической ядерной физики Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Сергей Попруженко. — Лазерный импульс можно сначала растянуть, как гармошку, при помощи оптических систем, особым образом преломляющих пучок. И тогда мощность излучения упадет. Потом растянутому импульсу можно добавить энергии и снова его сжать. Таким образом интенсивность излучения усиливается в сотни и даже тысячи раз.

С 2010 года российские исследователи Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского совместно с новоиспеченным нобелевским лауреатом Жераром Муру работают над мегагрантом «Экстремальные световые поля и их приложения». Программа направлена на создание и экспериментальное использование лазерного излучения с максимальной мощностью, интенсивностью излучения и высокой стабильностью.

— В настоящее время для лазерных систем находят всё новые и новые применения, — добавил Михаил Бакунов, профессор Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского. — У Муру несколько лет назад появилась идея уничтожать с помощью лазеров космический мусор. На эту тему уже проводятся международные конференции.

Большой временной разрыв между изобретением и присуждением Нобелевской премии можно объяснить тем, что именно за последние годы применение мощных лазерных систем получило огромное развитие. Сейчас исследователи научились применять схемы манипуляции микрообъектами и в биологии, и в физике. На основе сверхинтенсивных лазеров построены исследовательские комплексы для различных целей: лазерного термоядерного синтеза, ускорения частиц и моделирования астрофизических процессов.

В прошлом году Нобелевская премия по физике была присуждена Кипу Торну, Райнеру Вайссу и Барри Баришу за изучение гравитационных волн.

Официальная церемония награждения лауреатов традиционно состоится 10 декабря в Стокгольме. Награду ученым вручит король Швеции Карл XVI Густав.