Наука

Лазерная революция: нобелевские лауреаты по физике научились двигать молекулы лучом

Сегодня в Стокгольме были объявлены имена лауреатов Нобелевской премии по физике 2018 года. Лауреатами этого года стали Артур Ашкин (Arthur Ashkin), Жерар Муру (Gerard Mourou) и Донна Стрикленд (Donna Strickland). Премия присуждена им "за новаторские изобретения в области лазерной физики".

Ашкин получит половину призовой суммы "за создание оптических пинцетов и их применение к биологическим системам". Вторую половину разделят между собой Муру и Стрикленд "за метод генерации высокоинтенсивных ультракоротких оптических импульсов".

Поясним, в чём состоит изобретение первого лауреата. Оптический пинцет – это устройство, которое манипулирует объектами с помощью лазерного луча. Он помогает переносить с места на место, например, живые бактерии или крупные молекулы. Кроме того, с помощью лазерного луча можно подталкивать или тянуть мишень в нужном направлении, поворачивать её и разрезать на фрагменты.

Дело в том, что интенсивность в лазерном луче убывает от центра к краям. Поэтому сила давления света прижимает небольшой объект к центру луча и удерживает его там, как пинцетом (отсюда и название инструмента).

Первые опыты учёный провёл вскоре после изобретения лазера в 1960-х годах. Он облучал прозрачные сферы диаметром около микрометра. Обнаружив, что мишени тяготеют к центру луча и объяснив это явление, физик решил усилить эффект. Он добавил в установку сильную линзу для фокусировки лазерного света и получил первый оптический пинцет.

В 1987 году Ашкин научился манипулировать живыми бактериями с помощью своего детища. Это произошло в какой-то мере случайно. Учёный стремился освоить обращение со всё более мелкими фрагментами и использовал для этого вирусные частицы табачной мозаики. Однако вскоре он обнаружил, что в оптическую ловушку попал более крупный "зверь": бактерии.

Зелёный лазерный луч установки Ашкина убил этих одноклеточных. Тогда физик сменил излучатель на инфракрасный лазер. Кванты инфракрасного "света" гораздо менее энергичны, чем оптические, и такая ловушка позволила бактериям не только выжить, но и размножаться в ней. После этого учёный много лет оттачивал методы манипуляции живыми бактериями, вирусами и эукариотическими клетками.