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2018年12月19日
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让激光成为奇迹工具,让科幻成真

10月2日,2018年诺贝尔物理学奖颁出,美国科学家阿瑟·阿什金、法国科学家热拉尔·穆鲁和加拿大科学家唐娜·斯特里克兰因在激光物理领域的突破性发明获奖。他们的获奖项目给我们的生活带来怎样的变化?记者特邀pt老虎机游戏物理学院教授做了解读。扬子晚报/扬眼记者杨甜子

他们

彻底改变激光物理学,让科幻小说成为现实

阿什金发明的光镊工具能“夹”住微小如原子、病毒以及活细胞等物体,实现了科幻小说中的场景——利用激光束操纵和移动物体。

穆鲁和斯特里克兰的科研突破则为实现更短和更强的激光脉冲打下基础。他们发明的啁啾脉冲放大技术,已经成为高强度激光的标准。

诺奖委员会表示,今年获奖的发明彻底改变了激光物理学。人们可以用全新眼光看待极小的物体以及令人难以置信的快速过程,这些先进的精密仪器,开辟了许多此前未开发的研究领域和众多工业、医疗应用。

她是第三位获得物理学诺奖的女性科学家

据报道,三名科学家将分享900万瑞典克朗(约合人民币696万元)奖金,其中阿什金获得其中一半,穆鲁和斯特里克兰将共享另外一半。

其中加拿大科学家斯特里克兰是时隔55年再度获得诺贝尔物理学奖的女性科学家,她也成为了第三位获得诺贝尔物理学奖的女性科学家。斯特里克兰在发布会的电话连线采访中激动地说:“这太疯狂了,我不敢相信这是真的,我非常高兴。”

解读

“光学镊子”让科研观测更加精密

阿瑟·阿什金发明了“光学镊子”,借助激光的光压和梯度力,能利用激光束来操纵单个粒子。这样的画面很多读者只在科幻小说或电影里看到过。pt老虎机游戏物理学院张春峰教授告诉记者,“光学镊子”不止存在于科幻小说中,真实的科研活动中,“光学镊子”是帮助科研工作者操纵微小颗粒,生物分子或者单个细胞的重要工具。

在采访中,张春峰教授做了通俗的解释和比喻,一些纳米粒子、部分病毒和细胞都很小,只有微米或者更小的尺度,科学研究中,这些极其微小的存在通常还比较活泼,会在它们的世界里“走动”,给科学研究带来了很大的难度。研究运动中的粒子或细胞,就只能测量群体的平均效应,如果能捕获单个颗粒,检测的精准度将会大大提升。此时,“激光镊子”便大有用处,通过“光学镊子”,极其微小的粒子或细胞可以被“捕捉”到,并可以按需要移动,“固定”在设定位置,通过操纵单颗粒,科学家可以深入精确研究,不需要为粒子的“走动”而发愁了。

关于“激光镊子”的应用,知乎网友白泽通过“知乎圆桌·2018诺奖巡礼”表示,目前已应用于生物学、物理学、化学和工程等领域,光镊技术的研究范围由最初的微米小球拓展到原子和纳米级别。

“啁啾脉冲放大”将助力三维微加工

斯特里克兰和穆鲁的获奖项目“啁啾脉冲放大”是超短脉冲激光中的重要技术。这项技术有个有趣的名字“啁啾”。原来,科研人员发现,激光脉冲的电磁波载频在脉冲持续时间内变化,类似于鸟叫的啁啾声,故名“啁啾”。斯特里克兰和穆鲁发现借助“啁啾”可调节激光脉冲时间宽度,避免脉冲放大时峰值功率过大,损坏激光元件。

很多解读中都提到,我们日常生活中常见的“激光治疗近视”技术,就是利用了超短脉冲飞秒激光技术。南大张春峰教授提到,手术刀划开皮肉时,造成的伤口肯定比刀口要大一些,而飞秒激光的单个脉冲存在时间极短(