南京大学教授解读2018诺贝尔物理学奖:未来科研观测、三维微加工将更精密

扬子晚报   2018-10-03 14:17:44
         分享到: 更多

  10月2日,2018年诺贝尔物理学奖颁出,美国科学家亚瑟?阿斯金、法国科学家杰哈莫罗和加拿大科学家唐娜?斯特里克兰因为在激光物理领域的突破性发明获奖,阿斯金的贡献为“光学镊子及其在生物系统的应用”,莫罗和唐娜的贡献为“产生高密度超短光学脉冲的方法”。他们的获奖项目该如何理解,又会给我们的生活带来怎样的变化?记者特邀南京大学物理学院教授做了解读。

资料图:诺贝尔奖颁奖仪式现场

  “激光物理”因为获奖而大热

  据报道,三位获奖科学家将获得诺贝尔金质奖章、证书,并分享900万瑞典克朗(约合人民币696万元)的奖金。其中美国科学家亚瑟?阿斯金将获得一半奖金,法国科学家杰哈莫罗和加拿大科学家唐娜?斯特里克兰分享另外一半。

  诺奖委员会表示,今年获奖的发明已经彻底改变了激光物理学。现在人们可以用全新的眼光看待极小的物体以及令人难以置信的快速过程,这些先进的精密仪器,开辟了许多此前未开发的研究领域和众多工业、医疗应用。

  其中加拿大科学家唐娜?斯特里克兰是时隔55年再度获得诺贝尔物理学奖的女性科学家,她也成为了第三位获得诺贝尔物理学奖的女性科学家。

  “光学镊子”让科研观测更加精密

  2018诺奖物理学奖获得者阿瑟?阿什金发明了“光学镊子”,借助激光的光压和梯度力,能够利用激光束来操纵单个粒子。这样的画面很多读者只在科幻小说或者电影里看到过,南京大学物理学院张春峰教授告诉记者,“光学镊子”不止存在于科幻小说中,真实的科研活动中,“光学镊子”是帮助科研工作者操纵微小颗粒,生物分子或者单个细胞的重要工具。

  为了方便读者理解,张春峰教授做了最通俗的解释和比喻,一些纳米粒子、部分病毒和细胞都很小,只有微米或者更小的尺度,科学研究中,这些极其微小的存在通常还比较活泼,会在它们的世界里“走动”,给科学研究带来了很大的难度。研究运动中的粒子或细胞,就只能测量群体的平均效应,如果能够捕获单个颗粒,检测的精准度将会大大提升。此时,“激光镊子”便大有用处,通过“光学镊子”,极其微小的粒子或细胞可以被“捕捉”到,并可以按需要移动,“固定”在设定位置,通过操纵单颗粒,科学家可以深入精确研究,不需要为粒子的“走动”而发愁了。

  关于“激光镊子”的应用,知乎网友白泽通过“知乎圆桌?2018诺奖巡礼”做了回答:目前已可以应用于生物学、物理学、化学和工程等研究领域。伴随研究的深入和技术的发展,光镊技术的研究范围由最初的微米小球拓展到原子和纳米级别,捕获物体的形状由球拓展到棒、片等各种形状,捕获的材料由介质小球拓展到金属小球、碳纳米管、金刚石等形形色色的材料。

  “啁啾脉冲放大”将助力三维微加工

  斯崔克兰和莫罗的获奖项目“啁啾脉冲放大”是超短脉冲激光中的重要技术。这项技术有个很有趣的名字“啁啾”。原来,科研人员发现,激光脉冲的电磁波载频在脉冲持续时间内变化,类似于鸟叫的啁啾声,故名“啁啾”。斯崔克兰和莫罗发现借助“啁啾”可调节激光脉冲时间宽度,避免脉冲放大时峰值功率过大,损坏激光元件。

  很多解读中都提到,我们日常生活中常见的“激光治疗近视”技术,就是利用了超短脉冲飞秒激光技术。南大张春峰教授提到,手术刀划开皮肉时,造成的伤口肯定比刀口要大一些,而飞秒激光的单个脉冲存在时间极短(<0.0000000000001秒),在跟物质发生作用时,可以避免热效应的影响,在手术中可以减少生物组织分子之间的牵拉,让手术切口更加精确,这对于眼科手术来说尤其重要。

  莫罗和唐娜师徒发明的“啁啾脉冲放大”将飞秒激光脉冲能量进一步放大,产生峰值功率极强的激光。这样的光源不仅在激光武器、科学研究等方面有重要价值,在日常生活中也有重要的应用。张春峰举例,利用“啁啾脉冲放大”技术产生的脉冲,科研人员可以在不破坏精密材料表层的基础上,加工材料的内部,实现精确的“三维微加工”,在材料制造领域将“大有作为”。

  交汇点记者杨甜子

编辑:邓晓琦  
  相关阅读:
集团简介│集团导航 | 广告资费 │ 征订指南 │ 联系我们 | 违法和不良信息举报
新华报业网 版权所有 未经允许 请勿复制或镜像
苏ICP备05012207  国新网许可证:3212006002
新华报业传媒集团主办