Лауреат нобелевской премии по физике 2018: Жерар Муру cтал лауреатом Нобелевской премии по физике 2018 г. |

Содержание

Нобелевские лауреаты—2018 – Картина дня – Коммерсантъ

В этом году Нобелевскую премию по экономике вручили за исследования климата и технологических инноваций при макроэкономическом анализе. Премию мира дали за борьбу с сексуальным насилием. Ученых-химиков отметили за «использование эволюции на благо человечества», физиков — за изобретение «оптического прицела» и повышение мощности лазеров. А Нобелевскую премию по медицине дали за новый способ терапии онкозаболеваний.

Американцы Уильям Нордхаус и Пол Ромер получили Нобелевскую премию 2018 года по экономике за исследования, учитывающие климатические изменения и технологические инновации при макроэкономическом анализе. Де-факто работы лауреатов ориентированы на поиск ответа на вопрос, как инвестиции в технологии отзываются на экономическом росте и как следует учитывать при его оценке климатические процессы, которые этот технологический прогресс вызывает.

Рисунок: Виктор Чумачев, Коммерсантъ

Нобелевскую премию мира получили хирург Денис Муквеге из Демократической Республики Конго и иракская правозащитница Надя Мурад — за усилия в борьбе против насилия над женщинами. Премия в этой категории ежегодно вручается человеку или организации, которые, по мнению Нобелевского комитета, внесли наибольший вклад в достижения «мира во всем мире».

Американские ученые Фрэнсис Арнольд и Джордж Смит, а также британец Грегори Винтер стали обладателями Нобелевской премии 2018 года по химии. Госпожа Арнольд получила награду за работы по эволюции ферментов, ее коллеги — за создание так называемого фагового дисплея пептидов и антител. Эксперты поясняют, что исследования ученых широко применяются в медицине, позволяя создать новые лекарства, в том числе против рака, и вообще продлить жизнь человека.

Половину Нобелевской премии по физике в этом году получил Артур Ашкин (США), который в 1987 году изобрел «оптический пинцет» — эта технология позволяет передвигать отдельные клетки и даже атомы. Вторую часть премии поделят Жерар Муру (Франция) и Донна Стикланд (Канада), которые в 1985 году придумали, как повысить мощность лазеров.

Нобелевскую премию по медицине получили ученые 70-летний Джеймс Эллисон (США) и 76-летний Тасуку Хондзё (Япония). Их открытия в области иммунологии помогли создать новые эффективные способы лечения рака.

Донна Стрикленд – первая женщина-лауреат Нобелевской премии по физике за последние 55 лет

3 октября 2018

Last update:
21 апреля 2022

«Обнадеживающий сигнал для женщин в науке и в более широком смысле для разнообразия, которое движет инновации»

Париж, 2 октября – ЮНЕСКО поздравляет лауреатов Нобелевской премии по физике 2018 года – Донну Стрикленд, Артура Эшкина и Жерара Мору — за революционные открытия в области лазерной физики.

«В частности, поощрение Донны Стрикленд должно стать обнадеживающим сигналом для женщин в науке и в более широком смысле для разнообразия, которое движет инновации», — заявила Генеральный директор ЮНЕСКО Одри Азуле.

Д-р Стрикленд стала третьей женщиной-лауреатом Нобелевской премии по физике с момента учреждения Премии и первой женщиной-лауреатом в этой дисциплине за последние 55 лет. Ранее этой премии были удостоены Мария Кюри в 1903 году и Мария Гёпперт-Майер в 1963 году.

«Признание достижений Донны Стрикленд посылает важный обнадеживающий сигнал девочкам и женщинам с большим рвением заниматься наукой. В более широком смысле эти три Нобелевских лауреата должны зажечь таланты девочек и мальчиков, которые будут формировать завтрашний мир. Многообразие способствует внедрению инноваций, поэтому необходимо, чтобы все больше блестящих умов занималось наукой, новыми технологиями и инновациями для преодоления сложных вызовов XXI века», — заявила г-жа Азуле.

ЮНЕСКО поддерживает женщин в науке, где они до сих пор недостаточно представлены и признаны. ЮНЕСКО почтил своим участием д-р Мору в рамках проведения Международного года света, координируемого ЮНЕСКО при содействии Оптического общества (OSA). Д-р Стрикленд, в свою очередь, являлась председателем комитета, ответственного за разработку программ в рамках Международного года света.

Согласно Докладу ЮНЕСКО по науке гендерная предвзятость в науке реальна и оказывает влияние на женщин на всех уровнях. Менее 30% ученых — женщины. До настоящего времени женщины составляли всего лишь 3% лауреатов Нобелевской премии по науке. Согласно исследованиям, женщины в меньшей степени, чем мужчины представлены в престижных университетах и среди руководителей старшего звена, то есть на тех самых позициях, где ученые чаще всего публикуются. Это приводит к недостаточному финансированию исследований, сокращению количества публикаций, уменьшению наглядности и более медленному карьерному росту.

Подобная гендерная предвзятость сказывается на результатах исследований и влияет на общество в целом. Так, медицинские исследования, сосредоточенные на мужчинах, стали следствием неправильного лечения женщин. Исследования показывают, что в области искусственного интеллекта подобная предвзятость воспроизводится и усиливается.

Все эти проблемы могут быть решены. Ряд стипендиальных программ поддерживают женщин-ученых в ключевые моменты их карьеры посредством Организации для женщин в науке на благо развивающегося мира (OWSD) и Всемирной академии наук по продвижению науки в развивающихся странах (TWAS).

За последние 20 лет ЮНЕСКО и Л’Ореаль объединили свои усилия с целью признания выдающихся женщин-ученых. К настоящему времени 102 выдающиеся женщины-ученые были удостоены Премии Л’Ореаль-ЮНЕСКО «Для женщин в науке». Три из них – Ада Йонат, Элизабет Блэкбёрн, Кристиан Нюсляйн-Фольхард – с тех пор были отмечены Нобелевской премией за свои научные достижения.

***

Контакт для СМИ: Аурели Мотта-Риве, +33 7 72 44 89 91, a.motta-rivey@unesco.org

Сила света: Нобелевская премия по физике 2018

Сила света: Нобелевская премия по физике 2018 г.

https://www.embs.org/pulse/wp-content/uploads/sites/13/2019/04/mandal-power-of-light.png
620
375

IEEE-пульс

//www.embs.org/pulse/wp-content/uploads/sites/13/2022/06/ieee-pulse-logo2x.png

26 апреля 2019 г. 22 июня 2022 г.

Нобелевская премия по физике за 2018 г. была присуждена трем ученым в области лазерной науки: доктору Артуру Ашкину за изобретение оптического пинцета и его применение в биологических системах, а также доктору Жерару Муру и Доктор Донна Стрикленд за их метод генерации сверхкоротких оптических импульсов высокой интенсивности. Награды объединяют дальние области времени и масштабов интенсивности в лазерных технологиях, от чрезвычайно высокоинтенсивных импульсных лазеров с чирпом (от Муру и Стрикленда) до сверхмаломощных лучей (от Ашкина), которые способны работать с деликатными биологическими объектами и молекулами. [1], [2]. Семья IEEE очень рада видеть двух своих пожизненных стипендиатов, Артура Ашкина и Жерара Муру, в качестве со-лауреатов наград Шведской королевской академии наук. Муру в прошлом был лауреатом премии IEEE Photonics Quantum Electronics Award и премии IEEE David Sarnoff Award. Стрикленд был активным автором в Журнале IEEE по квантовой электронике и Журнале IEEE по избранным темам квантовой электроники.

Лауреаты

Артур Ашкин, родившийся 2 сентября 1922 года в Бруклине, штат Нью-Йорк, является опытным физиком и сыграл ключевую роль во многих важных открытиях в области лазерной науки до работы над оптическим пинцетом. Изучив физику в Колумбийском университете, он продолжил работу в области ядерной физики, а затем обратил свое внимание на микроволны, а затем на лазерную физику, работая в престижной лаборатории Bell Laboratories, где его карьера длилась четыре десятилетия. Там он начал изучать концепцию того, что электромагнитное излучение, включая свет, может воздействовать на объекты. В 1969 он продемонстрировал, что можно использовать эти мельчайшие силы для управления движением частиц микронного размера, обнаружив, что они притягиваются к центру лазерного луча и ускоряются в направлении света [3].
Во время публикации этой работы Ашкин не осознавал, какое глубокое значение его открытие будет иметь для изучения биологических молекул. Фактически, в телефонном интервью с Адамом Смитом, главным научным сотрудником Nobel Media [4], Ашкин сказал, что в то время он думал, что свет должен убивать мелкие живые существа, такие как бактерии. Это было только в 1986, Ашкин и его коллеги захватили биологический объект, в данном случае вирус в воде [5]. В процессе проведения этих экспериментов они также заметили «появление каких-то странных новых частиц в разбавленных образцах, хранившихся несколько дней», которые сами по себе двигались в воде. Когда для идентификации этих загадочных движущихся частиц использовали микроскоп, оказалось, что это бактерии из воздуха, загрязнившего образец. Когда они забрели в оптическую ловушку, их поймали, но они остались живы. Забавно, но для последующих экспериментов в той же публикации использовали бактерии, выращенные из кусочков бутерброда с ветчиной, принадлежащего коллеге Эшкина [6]. Хотя бактерии действительно страдали от фотоповреждения лазером, тем не менее, это был первый опубликованный пример оптических манипуляций с живыми клетками, проложивший путь к огромным достижениям в области биофизики, включая возможность наблюдения за свертыванием и развертыванием отдельных белковых молекул. .

Рис. 1. Лауреаты премии по физике 2018 г. и их организации на момент вручения премии. Половину премии получил Артур Ашкин «за оптический пинцет и его применение в биологических системах». Другую половину поделили Жерар Муру и Донна Стрикленд «за их метод генерации сверхкоротких оптических импульсов высокой интенсивности». (Фотографии предоставлены Американским физическим обществом и Викискладом.)

Жерар Муру родился во Франции 22 июня 1944 года и изучал там физику до переезда в Соединенные Штаты, где он работал как в Рочестерском университете в Нью-Йорке, так и в Мичиганском университете в Анн-Арборе. Его работа в области сверхбыстрых лазерных технологий способствовала развитию ряда различных областей, включая электронику, оптоэлектронику, археологию и медицину. Донна Стрикленд родилась 27 мая 19 года.59 лет, изучал физику, прежде чем поступить в Рочестерский университет, чтобы получить степень доктора философии. в оптике. Затем она работала в Национальном исследовательском совете Канады, Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса и Принстонском университете, а затем в 1997 году перешла в Университет Ватерлоо, где и работает с тех пор. Ее исследования также сосредоточены в области сверхбыстрых лазеров, и она разработала ряд методов, позволяющих раздвинуть границы возможного с этими технологиями. Стрикленд и Муру вместе работали в Рочестерском университете в начале XIX века.80-х годов, когда они разработали метод, с помощью которого можно было генерировать ультракороткие импульсы очень мощного лазера. Их технология теперь включена в конструкцию всех высокоинтенсивных лазеров и позволила использовать лазеры для невероятно точных и деликатных операций, таких как лазерная хирургия глаза (см. биографии и призовые доли на рис. 1).

Оптический захват и как он изменил наш мир

Принцип оптического захвата основан на понятии радиационного давления, также называемого оптической силой, то есть на том факте, что фотоны обладают очень малым импульсом. Из-за этого импульса они могут оказывать небольшое усилие на объекты определенных размеров. Сила проявляется двумя способами — путем отражения от объекта (рассеивающая сила) и прохождения через объект, если он имеет правильный размер и оптические свойства (градиентная сила). Рассеивающая сила действует в направлении света, тогда как градиентная сила втягивает объект в область с наибольшей интенсивностью света (рис. 2). Чем больше фотонов, тем больше сила, действующая на них, поэтому чем интенсивнее источник света, тем эффективнее захват. Оптическое улавливание также зависит от размера захватываемого объекта относительно длины волны или цвета света. Различные цвета света имеют разную длину волны: синий и ультрафиолетовый свет имеют более короткую длину волны, чем красный и инфракрасный свет. Следовательно, для создания эффективной оптической ловушки необходимы источники света, такие как лазеры, в которых все фотоны одного цвета.

Рисунок 2. Принцип оптического захвата. Вверху: приблизительное изображение сил, действующих на сферу микронного размера, показатель преломления которой выше, чем у окружающей среды. В этом сценарии градиентная сила притягивает сферу к центру лазерного луча, где наблюдается более высокая интенсивность фотонов. Однако сфера еще не полностью захвачена, так как давление фотонов отталкивает ее от источника лазерного света, и нет никакой силы, противодействующей этому эффекту. Внизу: чтобы полностью захватить сферу, на нее должны воздействовать два градиента интенсивности лазерного света. Второй вводится путем фокусировки лазерного луча через линзу. Теперь сфера закреплена на месте.

Оптический захват в его различных формах может использоваться для объектов самых разных масштабов со многими существующими и потенциальными приложениями. Масштаб варьируется от отдельных атомов, как в методе «оптической патоки», разработанном Стивеном Чу, до целых клеток, как уже было описано. Эта технология позволила провести ошеломляющий набор измерений. Используя оптический пинцет, можно манипулировать, а также измерять движения отдельных белков и ДНК, объекты, которые невозможно четко увидеть даже с помощью самых мощных оптических микроскопов (рис. 3). Затем эти результаты можно использовать для детального понимания того, как работают эти молекулы. Недавние примеры включают наблюдение за открытием и закрытием двух «крышек» в одной молекуле фермента [7], сочетание оптического пинцета с методами белковой инженерии для модификации белка, который ранее не мог складываться независимо, чтобы иметь возможность делать это. [8], наблюдение за тем, как фермент, ответственный за

Рис. 3. Одновременное использование двух оптических ловушек для измерения сил, создаваемых молекулярной машиной. Зеленый: сфокусированные лазерные лучи. Светло-голубой: стеклянные шарики микронного размера. Темно-синий: белок и ДНК. Мы можем измерять движения белков, а также их сворачивание и разворачивание, привязывая белки к стеклянным шарикам микронного размера, в данном случае используя длинные нити ДНК. В примере, схематично показанном здесь (не в масштабе), когда димерный белок Hsp90 находится в закрытом состоянии, расстояние между двумя шариками в оптических ловушках уменьшается. Изменения расстояния между двумя шариками можно измерить, наблюдая за отклонениями лазерных лучей, которые их захватывают. Таким образом, можно наблюдать перемещения и изменения длины в нанометровом масштабе.

для копирования последовательности ДНК в последовательность РНК работает [9] и детальное сравнение белков, выполняющих одну и ту же работу в разных организмах [10]. Другими словами, благодаря этой технике мы теперь можем видеть, как мельчайшие машины в наших клетках выполняют свою работу.
Это важно, потому что при этом мы узнаем, как они работают, и, следовательно, как мы можем попытаться исправить их, когда что-то пойдет не так, например, путем разработки терапевтических соединений, которые специально изменяют поведение только одного отдельного белка.

Ультракороткие оптические импульсы — как они генерируются и используются

Использование и применение лазеров в науке и технике невероятно разнообразны. От манипулирования мельчайшими молекулами, как описано выше, до высокоскоростной связи, спектроскопии, ядерного синтеза, резки, сверления, сварки и множества других. Для многих из этих приложений важно иметь возможность использовать лазерный свет высокой интенсивности. Однако генерация лазерных импульсов большой мощности была технически сложной задачей, поскольку часто приводила к разрушению усиливающего материала. В работе Муру и Стрикленда эта проблема была решена путем разделения усиления на этапы с помощью метода, называемого усилением чирпированных импульсов (CPA) (см. рис. 4). Сначала лазерные импульсы были растянуты во времени, что уменьшило их пиковую мощность, но сохранило общую мощность импульса. Затем они усиливались, а затем снова сжимались.

Рис. 4. Метод усиления импульса, разработанный Стриклендом и Муру. Лазерный импульс сначала растягивается во времени, что означает, что его пиковая интенсивность уменьшается, но общая мощность импульса остается неизменной. Затем этот растянутый импульс может быть усилен без повреждения среды усиления, а затем снова сжат для формирования ультракороткого лазерного импульса очень высокой интенсивности.

Из-за короткой ширины импульса генерируемого света импульсы, создаваемые CPA, не вызывают дополнительных повреждений, обычно связанных с мощными лазерами (см. Рисунок 5). Для наносекундного импульсного лазера в материале генерируются повреждающие механические ударные волны из-за большей длительности импульсов. Они резко уменьшаются для более коротких фемтосекундных импульсов, генерируемых с использованием метода, разработанного Стриклендом и Муру. Вот почему эти импульсы подходят для использования в деликатных хирургических процедурах, таких как лазерная хирургия глаза, где важно свести к минимуму повреждение окружающих тканей.

Рис. 5. Разница во взаимодействии с материалом между лазером с наносекундным импульсом и лазером с фемтосекундным импульсом. Количество повреждений окружающего материала резко снижается для лазера с фемтосекундным импульсом из-за уменьшенной длительности импульса.

Далеко идущее влияние на инженерное дело и медицину

Открытия имеют далеко идущее влияние за пределы принципов фундаментальной науки. Одним из самых больших применений оптических пинцетов является биомедицина, где исследователи эффективно использовали их, например, для отделения здоровых клеток от инфицированных или для выделения раковых клеток из незлокачественных видов. За последние десятилетия оптические пинцеты постепенно превратились из инструментов манипулирования в измерительные устройства, позволяющие точно измерять мельчайшие движения захваченных объектов и применять к таким объектам невероятно малые силы. Это привело к его использованию в исследовании отдельных молекулярных моторов, что позволило изучить ранее недоступные функциональные детали моторов, участвующих в мышечной функции, утилизации отходов в клетках и предотвращении агрегации белков. Карин Шютце, биолог и коллега Ашкина, позже основала компанию Cell-Tool, которая использует технологию оптического пинцета вместе со спектроскопией для создания удобных инструментов для обнаружения рака [11].
Открытие Муру и Стрикленда произвело революцию в лазерной технологии. Первая демонстрация CPA дуэтом произвела пикосекундные импульсы, обеспечивающие приблизительно гигаваттную мощность, но с технологическим прогрессом сегодня мы можем создать фемтосекундные лазеры, обеспечивающие тераваттную мощность. Это беспрецедентное повышение мощности лазера не только способствовало научным разработкам в области физики сильного поля и науки об аттосекундах, но также открыло возможности для тестирования плазменного ускорения электронов и ионов.
CPA привело к появлению множества новых приложений в химической промышленности и медицине. Несомненно, два основных применения CPA — это Lasik (лазерная хирургия глаза) и лучевая терапия при онкологии. В лазерной хирургии глаза лазер удаляет выбранную область хрусталика глаза, не повреждая соседние ткани. Таким образом, его можно безопасно использовать для корректирующей хирургии глаза, которая помогла более чем 10 миллионам человек только в Соединенных Штатах.
Наблюдается непрерывный прогресс в области офтальмологических вмешательств с использованием CPA. Недавно команда профессора Уэйна Нокса из Рочестера работала с Clerio Vision над разработкой новых методов использования сверхбыстрых лазеров для неинвазивной хирургии глаза и модификации контактных и интраокулярных линз. Одним из ключевых преимуществ этих новых процедур является их неинвазивность (не требуется рассечение глаза), что позволяет многократно проводить коррекцию хрусталика и роговицы у одного и того же человека с возрастом.
CPA играет важную роль в радиационной онкологии: несколько клинических центров используют технологию ускорения протонов для протонной терапии, используемой для лечения опухолей глубоких тканей, особенно в головном мозге. Использование CPA позволило медицинским физикам и клиническим онкологам доставлять точные дозы энергии к глубоко расположенным опухолям, не повреждая окружающие области мозга. Это привело к беспрецедентному повышению качества медицинской помощи и увеличению ожидаемой продолжительности жизни больных раком после лечения. Весь потенциал методов, удостоенных Нобелевских премий, почти не раскрыт, и теперь, когда более широкое исследовательское сообщество знает, как они работают, вероятны новые разработки в областях, где эти методы ранее не применялись.
Помимо научных открытий, не менее вдохновляющим является жизненный опыт лауреатов. Ашкин дает хороший урок настойчивости, показывая нам, чего можно достичь, имея идею и следя за тем, чтобы она была доведена до конца. Как отмечает Майкл Ширбер, ответственный редактор журнала Physics, «в течение многих лет он работал в узком кругу, выдвигая, а затем совершенствуя свои идеи, изобретая методы, которые ученые теперь используют в качестве основных инструментов в своей работе». Интересно, что, несмотря на то, что она была лишь третьей женщиной, когда-либо удостоенной Нобелевской премии по физике, после Марии Кюри в 1903 и Марии Гепперт-Майер в 1963 году Стрикленд считает себя ученым, а не женщиной в науке. Несмотря на это, она, безусловно, будет рассматриваться как положительный образец для подражания для многих молодых женщин, которые борются с гендерной дискриминацией, которая так явно присутствует в предметах STEM (наука, технология, инженерия и математика).
Несмотря на множество технологических разработок, вызванных открытием оптических ловушек и CPA, мы только поверхностно рассматриваем то, что можно будет делать с помощью этих методов.

Ссылки

Дж. Хехт, «Нобелевская премия по физике 2018 г. за новаторскую работу с лазерами», IEEE Spectrum Tech Talk, октябрь 2018 г. Доступ: 7 января 2019 г. [Онлайн]. Доступно: https://spectrum.ieee.org/tech-talk/semiconductors/optoelectronics/2018-nobel-physics-prize-for-laser-work.
Нобелевская премия по физике 2018 г. По состоянию на 7 января 2019 г. [Онлайн]. Доступно: https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2018/summary/

Ашкин А. Ускорение и захват частиц радиационным давлением // ФММ. Преподобный Письмо, том. 24, нет. 4, стр. 156–159., январь 1970 г.
А. Смит, «Телефонное интервью с Артуром Ашкиным», nobelprize.org, 2018 г.
А. Ашкин и Дж. М. Дзидзич, «Оптический захват и манипулирование вирусами и бактериями», Science, vol. 235, нет. 4795, стр. 1517–20, март 1987 г.
А. Ашкин, «История оптического захвата и манипулирования малыми нейтральными частицами, атомами и молекулами», IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. , vol. 6, нет. 6, стр. 841–856, ноябрь 2000 г.
B. Pelz, G. Zoldak, F. Zeller, M. Zacharias и M. Rief, «Механика субнанометровых ферментов, исследованная силовой спектроскопией одиночных молекул», Nature Commun., vol. 7, с. 10848, февраль 2016 г.
D. Bauer et al., «Складчатое ядро и минимальный АТФ-связывающий домен Hsp70, идентифицированные с помощью силовой спектроскопии одиночных молекул». Proc. Нац. акад. науч. США, с. 201716899, апрель 2018 г.
M. Righini et al., «Полные молекулярные траектории РНК-полимеразы при разрешении одной пары оснований», Proc. Нац. акад. науч. США, том. 115, нет. 6, стр. 1286–1291, январь 2018 г.
М. Ян и др., «Складывание и доменные взаимодействия трех ортологов Hsp90, изученных с помощью силовой спектроскопии одиночных молекул», Structure, vol. 26, нет. 1, 2018.
Ашкин А., Шутце К., Дзиедзич Дж. М., Эйтенойер У., Шлива М., «Создание силы транспорта органелл, измеренное in vivo с помощью инфракрасной лазерной ловушки», Nature, vol. 348, нет. 6299, стр. 346–348, ноябрь 1990 г.

Нобелевская премия по физике за 2018 год

2 октября Шведская королевская академия наук объявила лауреатов Нобелевской премии по физике в этом году. Лауреатами премии 2018 года, присуждаемой «за новаторские изобретения в области лазерной физики», являются: Артур Ашкин (ранее работал в Bell Laboratories), Жерар Муру (École Polytechnique, Франция и Мичиганский университет, Анн-Арбор, США). ) и Донна Стрикленд (Университет Ватерлоо, Канада). Стрикленд стала третьей женщиной-физиком, получившей эту награду, и первой с 19 лет.63.

Bell Labs, ELSA, Univ Waterloo

Arthur Ashkin, Gérard Mourou, Donna Strickland

Половина приза достается Ashkin за «оптический пинцет», устройство для захвата и манипулирования мелкими предметами. его применение в биологических системах. Эта работа была впервые опубликована в Physical Review Letters (PRL). Другая половина была совместно присуждена Муру и Стрикленду за их метод генерации сверхкоротких оптических импульсов высокой интенсивности. Оба изобретения представляют собой крупные прорывы в использовании лазерных лучей в практических целях.

«Прекрасные эксперименты Арта Ашкина в Bell Labs вдохновили его коллег-физиков на разработку лазерного охлаждения и оптических ловушек, что, в свою очередь, привело к вырождению квантовой газовой физики, лазерному пинцету для биофизики и многому другому», — сказал вице-президент APS Филип Баксбаум из Стэндфордский Университет. «Почти одновременно Донна Стрикленд и Жерар Муру решили ключевую проблему в лазерной науке, которая быстро открыла двери как для аттосекундной науки, так и для мощных лазеров».

Ашкин, научный сотрудник APS и лауреат Премии APS Джозефа Ф. Кейтли 2003 года за достижения в области измерений, получил Нобелевскую премию за свою работу в Bell Laboratories с 1960-х до 1980-х годов. Там он изобрел оптический пинцет, который использует лазерный свет для улавливания микроскопических объектов, таких как частицы, атомы и вирусы. Оптические пинцеты теперь используются для захвата и изучения живых бактерий.

Муру и Стрикленд разработали усиление чирпированных импульсов (CPA), метод генерации высокоинтенсивных ультракоротких импульсов, когда они оба работали в Университете Рочестера. Схема позволяет создавать мощные лазерные импульсы, которые в противном случае повредили бы оптические материалы в усилителях. CPA в настоящее время является универсально используемой лазерной технологией и проложила путь для более интенсивных, сверхострых лазерных лучей, которые сейчас используются в миллионах корректирующих операций на глазах. Муру был лауреатом премии APS Артура Л. Шавлова 2018 года в области лазерной науки.

Концепция использования лазеров или света для перемещения объектов кажется чем-то из научно-фантастического фильма, но, как подробно описал Эшкин в своей статье 1970 года о PRL, сфокусированные узкие лучи лазерного света создают оптические силы, которые могут смещать мелкие частицы. Первоначальные эксперименты Ашкина с крошечными прозрачными сферами показали, что частицы будут двигаться к центру лазерного луча, где интенсивность будет наибольшей. Используя эту концепцию, Эшкин продемонстрировал использование лазерных лучей для трехмерного улавливания частиц, теперь известных как оптический пинцет, в 1986 статья, также опубликованная в PRL.

Ашкин и его коллеги впервые использовали оптический пинцет для захвата атомов, но теперь этот метод широко используется для изучения биологических систем. Исследователи осознали потенциал оптического пинцета для захвата и управления живыми клетками и вирусами без физического повреждения. Использование изобретения Эшкина дало представление о механике фундаментальных биомолекулярных процессов, таких как процесс синтеза белка на основе транскриптов моторной РНК.

Разработка Муру и Стриклендом CPA также привела к множеству приложений от физики плазмы до медицины — например, короткие интенсивные световые импульсы, создаваемые CPA, используются в глазной хирургии для коррекции зрения. CPA также стал поворотным моментом в лазерной науке, позволив резко увеличить мощность лазеров после того, как прогресс в основном остановился. Между 1970 и 1985 годами количество фотонов в лазерном импульсе существенно не увеличилось, поскольку более высокие интенсивности вызывали оптические повреждения.

Вдохновленные радарными технологиями, Муру и Стрикленд разработали концепцию CPA, которая позволила решить проблемы усиления, как описано в статье 1985 года — первой научной публикации Стрикленда. Чтобы избежать нездоровой интенсивности в оптическом усилителе, метод CPA разделяет частотные компоненты в коротком световом импульсе и распределяет их по более длинному импульсу, тем самым уменьшая пиковую мощность. Этот растянутый и «чирикающий» импульс усиливается, а затем частотные компоненты снова сжимаются вместе, теперь уже с гораздо большей интенсивностью. Изобретение CPA открыло область лазерной физики для создания все более интенсивных лучей для различных приложений.

«За разработку и применение лазеров было присуждено несколько Нобелевских премий, — сказал президент APS 2018 года Роджер Фальконе, физик-лазер из Калифорнийского университета в Беркли.