Giải Nobel Vật lý 2018: Hai phát minh quan trọng trong lĩnh vực tia laser

Giải Nobel Vật lý 2018: Hai phát minh quan trọng trong lĩnh vực tia laser


Thứ tư, 03/10/2018


Chia sẻ FBChia sẻ TwitterBình luậnBà Donna Strickland thuộc đại học Waterloo, Canada đã trở thành người phụ nữ thứ 3 nhận giải Nobel Vật lý trong trong lịch sử, sau Marie Curie năm 1903 , Maria Goeppert-Mayer năm 1963.3 nhà vật lý thắng giải Nobel Vật lý năm nay (ảnh: Johan Jarnestad/ Học viện khoa học Hoàng gia Thụy Điển)Ông Arthur Ashkin thuộc Phòng thí nghiệm Bell của Mỹ nhận 1/2 giải Nobel Vật lý năm nay vì đã phát minh ra “kẹp quang học”, nửa còn lại được bà Strickland (người Canada) chia sẻ với ông Frenchman Gerard Mourou thuộc đại học École Polytechnique, Pháp, vì cống hiến trong lĩnh vực tia laser cường độ cao. Cụ thể, ông Ashkin đã phát minh ra cái gọi chính là “kẹp quang học,” tia sáng được tập trung cao độ có thể giữ cố định các hạt, nguyên tử và tế bào sống. Phát minh này giờ đã trở thành dụng cụ phổ biến trong các phòng thí nghiệm sinh học ở trên thế giới. Ông Mourou , bà Strickland đã chỉ ra cách kéo giãn và khuếch đại tia laser để gây nên các xung laser có bước sóng cực ngắn , mãnh liệt. >> Giải Nobel Y học 2018: Liệu pháp giúp hệ miễn dịch tự tấn công ung thưTrong thông cáo báo chí, Học viện khoa học Hoàng gia Thụy Điển viết rằng công trình gộp lại của 3 chuyên gia trên đã “mở ra những lĩnh vực điều tra mới , và hàng loạt ứng dụng trong công nghiệp , và y khoa.”Khi một phóng viên hỏi bà Strickland cảm nhận khi trở thành người phụ nữ thứ 3 trong lịch sử nhận thưởng danh giá này, bà đáp: “Thật ư? Chỉ có từng có người? Tôi tưởng phải có nhiều hơn. […] Tôi không biết phải nói gì. Tôi rất nhiều vinh dự được đứng chung với những phụ nữ này.”Dưới đây mọi người cũng sẽ tìm hiểu một chút về những phát triển mới trong lĩnh vực laser mà 3 chuyên gia ở trên đã đóng góp.


Chiếc bẫy ánh sáng


“Kẹp quang học” từng chỉ nằm trong lĩnh vực khoa học viễn tưởng, nổi tiếng số 1 chính là loại tia sáng có thể di chuyển vật thể hay cả phi thuyền trong phim Star Trek. Nhưng nhà điều tra Authur Ashkin đã từng mơ một ngày nào đó có thể dùng tia sáng laser để di chuyển các đồ vật nhỏ. Năng lượng của tia sáng chưa đủ mạnh để di chuyển con người, nhưng nó có thể đẩy các hạt nhỏ di động. Ông Ashkin đã tìm ra cách để di chuyển các hạt tròn nhỏ trong suốt. Ông cũng nhận ra rằng các hạt tròn này dường như “bay” về phía lõi có cường độ mạnh số 1 của tia laser. Điều này xảy ra là do cường độ của tia, bất kể chính là tập trung nhỏ tới đâu, đều sẽ giảm dần khi đi từ lõi ra phía ngoài. Như vậy tia laser sẽ tác động lực lên hạt nhỏ chưa đều, kéo nó về phía trung tâm (của tia). Người ta còn có thể thực hiện hạt nhỏ bay lơ lửng trong không khí bằng cách chiếu tia từ dưới lên – tương tự như cách bạn dùng máy sấy tóc thổi một quả bóng bàn từ dưới lên , và làm cho nó lơ lửng trên không. Cuối cùng ông Ashkin còn nghĩ ra cách: dùng một ống kính mạnh để tập trung hơn nữa ánh sáng laser đến mức các hạt nhỏ bị giữ chắc ở trung tâm của tia. Vậy chính là chúng ta có một loại kẹp chỉ bằng tia sáng. Dùng tia laser giữ chắc các phân tử (ảnh: Johan Jarnestad/ Học viện khoa học Hoàng gia Thụy Điển – Việt hóa: trithucvn)Sau vài năm nghiên cứu nữa, ông lại tìm ra cách giữ các nguyên tử riêng lẻ. Cần nhiều lực hơn để giữ một nguyên tử, bởi nó có rung động nhiệt của riêng mình. Ashkin giải quyết vấn đề đó bằng cách kết hợp kẹp quang học với những phương pháp khác để làm lạnh laser , và cố định nguyên tử. >> Mọi thứ trong vũ trụ đều đã được tạo thành từ những rung độngỨng dụng trong lĩnh vực sinh học đến khá tình cờ. Khi ông Ashkin liên tục thử nghiệm kẹp các hạt nhỏ hơn , nhỏ hơn nữa, ông đã thử với mẫu là virus bệnh khảm (mosaic). Một đêm nọ, ông đã để các mẫu mở chứ không đóng lại. Sáng hôm sau, ông cho thấy xuất hiện nhiều “hạt” lớn hơn xuất hiện trong mẫu: các vi khuẩn. Và các vi khuẩn cũng bị giữ trong bẫy quang học nếu chúng bơi gần đó. Cường độ của tia laser xanh lục có thể giết những vi khuẩn cứng đầu này, nhưng nếu chuyển sang ánh sáng hồng ngoại, vi khuẩn có thể tồn tại và sinh sôi. Kẹp laser hiện đã trở thành thiết bị tiêu chuẩn trong các phòng thí nghiệm sinh học.


Các xung khuếch đại


Laser có rất nhiều ứng dụng tiềm năng, nhưng vẫn bị giới hạn ở cường độ của tia (tức các bước sóng có thể ngắn tới mức nào). Khi vượt qua ngưỡng năng lượng nhất định, tia laser có thể phá hủy chính phương tiện dùng để khuếch đại. Bà Strickland từng chính là sinh viên cao học tại phòng thí nghiệm của ông Mourou ở đại học Rochester hồi thập niên 1980. Họ phát hiện rằng có thể vượt qua khó khăn trên bằng cách kéo giãn một xung laser ngắn để thực hiện giảm năng lượng của nó, rồi mới khuếch đại. Như vậy, họ có thể khuếch đại xung mà vẫn giữ được máy móc nguyên vẹn. Sau đó, xung đã được thu ngắn lại, nén ánh sáng vào một không gian nhỏ hẹp, thực hiện tăng cường độ của xung lên cực cao. Hình vẽ mô tả cách khuếch đại xung cực điểm (CPC) (ảnh: Johan Jarnestad/ Học viện khoa học Hoàng gia Thụy Điển/Giải Nobel Vật lý 2018)Phương pháp này gọi là Chirped pulse amplification (CPA – tạm dịch: khuếch đại xung cực điểm), hiện tại được ứng dụng trong vật lý, hóa học và y tế. Ví dụ, những xung cực ngắn , và cực mạnh giúp bắt đã được các tương tác giữa nguyên tử , và phân tử, vốn chỉ xảy ra trong một phần triệu hay phần tỷ của giây. mọi người có thể coi đó như một các loại máy ảnh nhanh số 1 thế giới. Tia laser cường độ cao còn có thể biến chất cách điện thành dẫn điện, cắt , khoan lỗ chính xác ở trên nhiều loại vật liệu, hay phẫu thuật mắt chỉ bằng laser , rất nhiều ứng dụng khác… >> Al-Naslaa – Tảng đá khổng lồ như bị cắt đôi chỉ bằng công nghệ laser?Học viện khoa học Hoàng gia Thụy Điển gần đây đã thông báo rằng họ sẽ khuyến khích thêm sự đa dạng trong các đề cử, về giới tính, địa lý và lĩnh vực nghiên cứu. Đây là tin tốt, bởi hy vọng mọi người sẽ không phải đợi 55 năm nữa để chờ một nữ giới tiếp theo nhận giải Nobel Vật lý!Theo Reuters, ArsTechnica,Phong Trần tổng hợp.


Giải NobelGiải Nobel Vật lýsinh học phân tửsúng laservi khuẩn


2018-10-03