Сьогодні лазери використовують в різних областях - ними можна коригувати зір, управляти космічними кораблями і здійснювати термоядерний синтез. У 2018 році Нобелівська премія з фізики була присуджена саме за нові лазерні відкриття.
Лазери вважаються найважливішим винаходом 20-го століття. Завдяки їх відкриттю в 1960 році стало можливо те, про що раніше вченим не доводилося навіть мріяти. Пристрій, що створює вузький пучок інтенсивного світла, здатний концентрувати потужну енергію і передавати її на велику відстань. Саме за новаторство в сфері лазерної фізики Нобелівську премію цього року отримали Артур Ешкін, Жерар Муру і Донна Стрікленд, інформують Економічні Новини.
Одну частину премії присуджено Ешкіну – творцю оптичного пінцета, за допомогою якого можна вхопити навіть живі клітини. Протягом багатьох років він намагався втілити наукову фантастику в реальність. Нобелівський прорив фізика відбувся ще в 1987 році – саме тоді вперше вдалося зафіксувати живу бактерію на лазерному промені. Принцип роботи такого лазерного пінцета полягає в маніпуляціях зі світловим тиском. Виявилося, що інтенсивність випромінювання в лазері зменшується від центру до країв. Тому мікрочастинки «притискаються» ближче до центру. Ешкін, недовго думаючи, застосував в напрямку променя сильну лінзу, щоб краще цей промінь сфокусувати, і таким чином отримав своєрідну світлову пастку – лазерний пінцет. Зараз цей винахід дуже широко використовуються. Сам Ешкін заявив, що до сих пір дивується, наскільки сильно вчені змогли розвинути його знахідку. Завдяки відкриттю Ешкіна з’явилася можливість спостерігати, розрізати, штовхати, тягнути різні клітини і молекули, навіть їх не торкаючись. Саме завдяки оптичним пінцетам вчені змогли побачити, як молекула кінезину «крокує» і транспортує корисний вантаж по мікротрубочці.
Другу частину Нобелівської премії розділили між собою Муру і Стрікленд – автори технології посилення чірпірованих імпульсів, що дозволяють здійснювати надточні надрізи на будь-яких поверхнях, навіть на шкірі людини. Їх винахід також нагадує наукову фантастику – вчені взяли короткий лазерний імпульс, розтягнули його в часі, посилили і потім – знову стиснули. Після такої процедури інтенсивність імпульсу значно зростає. У 1985 році вони вперше втілили теоретичну ідею в реальність. Технологія Муру і Стрікленд здійснила справжню революцію в області лазерної фізики. Вона стала основою для високоінтенсивних лазерів.
Зараз Жерар Муру став керівником європейського проекту Extreme Light Infrastructure, мета якого – створення надпотужних лазерів. Найближчим часом очікується будова трьох центрів в рамках цієї ініціативи: в Чехії (тут проводитимуть дослідження високоенергетичних пучків частинок), Угорщині (спеціалізуватиметься на надшвидких лазерах) і Румунії (спеціалізація – ядерна фізика).
Завдяки винаходам цих та багатьох інших вчених лазер перетворюється в дуже корисний інструмент. Причому розвиток лазерних технологій рухається семимильними кроками. У 2018 року майже щотижня з’являлася новина про нове відкриття в цій галузі.
На початку цього року за допомогою лазерних технологій дослідники змогли «намалювати» унікальні повітряні 3D-об’єкти. І це не голограми. Відмінність в тому, що об’ємні фігури можна розглянути з усіх боків, не перекриваючи джерело світла. Керівник цього проекту Даніель Смоллі розповів, як створюються такі зображення. Для початку необхідно вхопити целюлозну частку невидимим променем. «Після цього ви перетягуєте її навколо кожної точки малюнка. Коли вона знаходиться в правильному місці, ви підсвічуєте її червоним, зеленим або синім лазером, щоб частка почала ілюмінувати. Завдяки перетягуванню целюлозної частки, зображення вибудовується точка за точкою», – пояснив Смоллі. Така технологія дозволяє створювати і кольорові повітряні малюнки. На даний момент дослідники навіть «намалювали» в повітрі принцесу Лею з «Зоряних воєн». Незабаром вчені планують представити світові великі плаваючі 3D-зображення, за допомогою яких можна буде приміряти «намальований» одяг або побачити в музеях об’ємних динозаврів замість скелетів, подібно до того, як це було у фільмі «Світ юрського періоду».
Однією з найважливіших сфер застосування пучків світла стала медицина. За основу, як не дивно, взяли досвід фахівців з лазерної обробки металу: завдяки контактному точковому зварюванню хірурги навчилися «приварювати» відшаровану сітківку ока, лазерний скальпель бере свій початок з автогенного різання, а зварювання кісток стало можливим лише після розробки стикового зварювання плавленням. З допомогою найбільшого в світі лазера на вільних електронах XFEL, вчені з Гамбурзького дослідного центру зробили нове важливе відкриття – побачили структуру білка, який відповідає за звикання до антибіотиків. Дослідники оприлюднили результати своїх експериментів в журналі Nature Communications. Використавши лазерне випромінювання, вони отримали супер якісні рентгенівські знімки білкових кристалів. Таким чином їм вдалося створити 3D-модель білка, яка в подальшому буде вивчена більш докладно. Дослідники сподіваються, що незабаром завдяки цьому відкриттю буде створено засіб, який ліквідує стійкість до того чи іншого антибіотика.
Навесні цього року Lockheed Martin, що спеціалізується на суднобудуванні, розробці зброї і аерокосмічній техніці, також зацікавилася лазерними технологіями. Корпорація пообіцяла створити для військово-морських сил США нову лазерну зброю під назвою HELIOS. Пентагон вже виділив розробникам 150 млн доларів. Якщо американська влада буде задоволена розробкою, вона обіцяє додатково доплатити ще 942 млн. У Lockheed Martin впевнені, що їхній винахід дозволить не тільки знищувати безпілотники противників і ліквідувати судна, але і засліплювати ворога на величезних відстанях. Очікується, що нове озброєння американська армія отримає через чотири роки. Віце-голова філії Integrated Systems and Sensors Мішель Еванс заявив, що новий проект Lockheed Martin – перший і винятковий. Він висловив гордість, що Пентагон довірив створення інноваційної зброї співробітникам Lockheed Martin. «Вона об’єднала лазерну зброю, можливість оперативної розвідки на великих відстанях, а також протистояння ворожим безпілотникам», – повідомив він.
Ще одну збройову лазерну розробку в цьому році представили в Китаї. Винахідники створили зброю ZKZM-500, що вражає ціль за допомогою лазерного променя. Подробиць поки що небагато, однак, за словами розробників, гармата здатна вражати цілі на відстані до 800 метрів.
Лазерні технології відкрили нові наукові горизонти. Вже зараз з їх допомогою можна як вивчати мікросвіт, так і розробляти наднебезпечну зброю. Розвиток даної галузі фізики дуже швидкий і цілком ймовірно, що в майбутньому ще дуже багато фантастичних речей втілиться в реальність саме завдяки лазерам.