دنا استریکلند Donna Strickland، جرارد مورو Gerard Mourou و آرتور اشکین Arthur Ashkin برای ابداع پرتوهای قوی که می تواند فرآیندهای سریع را ثبت کرده و ذرات بسیار ریز را در کنترل بگیرد، این جایزه را به طور مشترک دریافت کردند.

از چپ به راست: آرتور اشکین (آزمایشگاه‌های بل نوکیا)، دانا استریکلند (دانشگاه واترلو) و جرارد مورو(CTK/Alamy)

جایزه نوبل فیزیک سال 2018 به سه دانشمند لیزر برای تحقیقاتشان در استفاده از پرتوهای قوی برای ثبت فرآیندهای سریع و کنترل ذرات بسیار ریز تعلق گرفت. دنا استریکلند در بین این سه برنده، نخستین زن برنده‌ی نوبل بعد از 55 سال است.

استریکلند در دانشگاه واترلو کانادا، نیمی از جایزه به ارزش 9 میلیون کرون سوئد (یک میلیون دلار آمریکا) را به طور مشترک با استاد پیشین خود جرارد مورو که اکنون در اِکول پلی تکنیک پاریس است برنده شده است. نیم دیگر جایزه به آرتور اشکین در آزمایشگاه‌های بل در هولمدل، نیوجرسی، تعلق دارد.

استریکلند و مورو پیشروی روش تولید کوتاهترین و قویترین پالس‌های نوری هستند که تاکنون ایجاد شده است. این روش اکنون در علم برای دیدن فرآیندهایی مثل حرکت الکترون‌ها در اتم که قبلا آنی به نظر می‌آمدند و همچنین در جراحی چشم با لیزر استفاده می‌شود.

آشکین جایزه را به خاطر پیشگام بودن در توسعه‌ی «انبرک‌های نوری» یعنی پرتوهایی از نور لیزر که می‌تواند اجسام میکروسکوپی مانند ویروس‌ها و سلول‌ها را گرفته و کنترل کند دریافت می‌کند.

استریکلند در طی اعلام جوایز در 2 اکتبر می‌گوید: اول از همه باید فکر کنید که این دیوانگی است، من هم در ابتدا اینطور فکر می‌کردم. آدم همیشه تعجب می‌کند که آیا این حقیقت دارد؟

تحقیقات پیشرو

طبق بیانیه‌ی منتشر شده توسط آکادمی علوم سلطنتی سوئد، که جوایز نوبل را می‌دهد، کاربردهای تحقیقات برندگان هنوز کاملا مشخص نیست. با این وجود، حتی اکنون هم این اختراعات مشهور به ما اجازه‌ می‌دهد در توافق با روح جایزه نوبل- برای بیشترین منفعت به نوع بشر- در جهان میکروسکوپی گشت و گذار کنیم.

استریکلند سومین زنی است که جایزه‌ی نوبل فیزیک می‌گیرد. آخرین دانشمند زنی که این جایزه را برد ماریا گوپرت مایر در 1963 بود.

وقتی از استریکلند درباره این موفقیت پرسیده شد گفت: «فکر میکردم باید بیشتر باشد». او افزود: «خب مشخصا ما فیزیکدان‌های زن باید جشن بگیریم که در این بین هستیم، و امیدوارم که این حرکت رو به جلو با سرعت بیشتری آغاز شود. نمی‌دانم چه بگویم، افتخار می‌کنم که در جمع زنان برنده نوبل هستم».

گوران کی. هانسن دبیر کل آکادمی علوم سلطنتی سوئد گفت که آکادمی

در حال اقداماتی برای تشویق کاندیداهای دانشمند زن است 

«چون ما نمی‌خواهیم هیچکس را از دست بدهیم». او افزود که این اقدامات روی 

جایزه نوبل امسال تاثیری نداشته است. «باید به خاطر داشته باشیم که جایزه‌ی نوبل

 به کشفیات و اختراعات داده می‌شود و کسانی که آن را دریافت می‌کنند سهم بزرگی

 در خدمت به بشر داشته‌اند و به همین علت جایزه می‌گیرند». 

کشیده شده در زمان

پالس‌های کوتاه لیزر به دانشمندان اجازه می‌دهد که در مورد فرآیندهایی که در یک 

چشم به هم زدن تمام می‌شوند جاسوسی کنند. اما تا قبل از روش انقلابیِ استریکلند

 و مورو، شدت چنین پالس‌های لیزری محدود بود زیرا توان بالا با ریسکِ آسیب 

دیدن تقویت‌کننده‌ی لازم برای تولید آن‌ها همراه بود.

نوآوری این دو نفر در استفاده از یک توری برای کشیدن پالس لیزر در زمان بود. 

با این کار توان نور کم شده و می شد قبل از اینکه پالس دوباره به یک انفجارِ کوتاهِ 

قدرتمند تبدیل شود از تقویت‌کننده‌های معمولی استفاده کرد- 

فرآیندی که به نام تقویت پالس "چیرپ" شناخته می‌شود. 

این روش بهبود که استریکلند ابتدا در اولین مقاله‌‌ی علمی خود در 1985 به عنوان 

دانشجوی دکتری توصیف کرد، اکنون به دانشمندان این امکان را می‌دهد که پالس‌های

 لیزری در مقیاس آتوثانیه- یک میلیاردیمِ یک میلیاردیمِ ثانیه- تولید کنند. 

مثل یک دوربین فیلمبرداری که در هر ثانیه فریم‌های بیشتری ضبط ‌کند، 

این پالس‌ها هم می‌توانند برای مطالعه‌ی فرآیندهای سریع مانند شیمی‌ِ فوتوسنتز 

استفاده شوند. به علاوه چون پالس‌های کوتاه آسیب کمتری نسبت به پالس‌های 

بلند ایجاد می‌کنند، پالس‌های نور فوق کوتاه کاربردهایی نه تنها در جراحی چشم با 

لیزر بلکه در سوراخکاری دقیقتر حفره‌ها در مواد ذخیره‌ی اطلاعات پیدا کرده‌اند که 

حافظه‌های موثرتری را ممکن می‌سازد. 

جان دودلی John Dudley، یک فیزیکدان نور در دانشگاه فرانچه-کومته 

در بزانسون فرانسه می‌گوید که تقویتِ پالس چیرپِ استریکلند و مورو گام بزرگی 

هم در پیشرفت علوم پایه و در پیشرفت فناوری بوده است. 

« جایزه نوبل به یک کشف یا اختراع داده می‌شود. این کار، هر دو ویژگی را دارد».

دودلی اضافه می‌کند که هیچکدام از این دانشمندان در ساحل امن

 خود باقی نماندند». 

او می‌گوید که به ویژه مورو، موتور محرکه‌ای برای سازمان نور شدید

 یک کنسرسیوم اروپایی که نور با شدت زیاد و زمان‌های کوتاه را بررسی می کند

 بوده است. 

همچنین می‌گوید مورو یک دانشمند چند جانبه است که آهنگسازی می‌کند و

 علاقه زیادی به علوم انسانی دارد. 

به گفته‌ی دودلی نکته مهم اینجاست که استریکلند به خاطر کاری که به عنوان 

دانشجوی تحصیلات تکمیلی انجام داد انتخاب شد. این مغایر با مورد خانم 

جوزلین بل بورنل اخترفیزیکدان انگلیسی است که تپ‌اخترها را کشف کرد اما

 زمانی که استادش به طور مشترک جایزه نوبل 1974 را گرفت، نادیده گرفته شد. 

او می‌گوید «فوق العاده است که می‌بینیم کمیته‌ی نوبل به صدای جامعه و 

واکنش‌های منفی به تصمیم‌گیریِ آن زمان گوش کرده است».

انگشتان میکرومتری 

آشکین در 96 سالگی پیرترین برنده‌ی جایزه‌ی نوبل است. کار برنده‌ی جایزه‌ی او 

بلافاصله بعد از اختراع لیزر در 1960 آغاز شد. لیزرها روی اجسام بسیار کوچک

 فشار ملایمی وارد می‌کنند و آشکین متوجه شد که می‌توان از این موضوع برای 

کنترل ذرات بدون آسیب زدن به آن‌ها استفاده کرد. آزمایش‌های او با کره‌هایی

 در اندازه‌ی میکرومتری در دهه 1960 نشان داد که در یک پرتوی نور، ذرات 

به سمت ناحیه‌ای با بالاترین شدت کشیده می‌شوند. این امر منجر به راهی برای

 استفاده از لیزر در گیراندازی، چرخش و حرکت اجسام شد. با روشی که امروزه

 به نام انبرک نوری شناخته می‌شود، آشکین دریافت که با این «انگشتانِ» بسیار

 متمرکزِ لیزر می‌توان باکتری‌ها، ویروس‌ها و سلول‌های زنده را گرفت.

مایلز پَجِت یک فیزیکدان نور در دانشگاه گلاسگو انگلستان می‌گوید:

 « من واقعا برایش خوشحالم. او آدم بسیار خوبی است».  

به گفته‌ی پجت اختراع آشکین تاثیرات شناخته شده‌ای در جهان و به ویژه

 بیوفیزیک داشته است. امروزه، انبرک‌های نوری کاربردهای بی‌شماری

 از جداسازی سلول‌های سالم خون از سلول‌های آسیب دیده گرفته تا 

مهندسی مواد نانومقیاس دارند. 

پجت عملکرد آشکین در بهبود روش و ساده‌تر کردن ابزار را تحسین می‌کند.

«من فکر می‌کنم اینکه مردم با وجود سختی‌ها به پیش می‌روند شگفت انگیز است. 

او همیشه به بهتر و بهتر کردن روشش ادامه داد».

وقتی استیون چو نوبل فیزیک را در 1997 برای تکنیک مرتبطی گرفت پجت 

و بسیاری دیگر در جامعه‌ی انبرک نوری فکر می‌کردند که آشکین دیگر کنار گذاشته 

شده است: «در واقع من فکر میکردم او دیگر شانسی ندارد».     

منبع  
Physics Nobel won by laser wizardry