駕馭激光收割諾獎(jiǎng)

光能做什么？能照明，讓我們看到世界;能進(jìn)行光合作用，為植物提供能量;能發(fā)電，能加熱物體……此外你還能想到什么用途？來看新鮮出爐的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，能否刷新你的想象——

今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，頒給了激光物理學(xué)領(lǐng)域的三位大咖：阿瑟·阿什金（美國）、熱拉爾·穆魯（法國）和唐娜·斯特里克蘭（加拿大）。他們的研究創(chuàng)造出更準(zhǔn)確、更強(qiáng)大的光學(xué)工具，為一系列造福人類的先進(jìn)技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

獲獎(jiǎng)，實(shí)至名歸

阿瑟·阿什金因發(fā)明激光操控極小粒子的技術(shù)而獲獎(jiǎng)。用通俗的話來說，他相當(dāng)于發(fā)明了一把激光做的“鑷子”，可以“夾”取蛋白質(zhì)、DNA、細(xì)胞等極小極小的物體，也正因此，他被譽(yù)為“光學(xué)捕獲之父”。

·諾獎(jiǎng)小八卦·

96歲的阿什金是獲獎(jiǎng)時(shí)年齡最大的諾獎(jiǎng)得主，刷新了經(jīng)濟(jì)學(xué)家里奧尼德·赫維克茲90歲獲獎(jiǎng)的記錄。雖然年事已高，但老先生可不服老，退休后仍在自家實(shí)驗(yàn)室里做研究。為了寫論文，他甚至拒絕了諾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)委員會(huì)的電話采訪，以致獲獎(jiǎng)名單晚了5分鐘公布。

熱拉爾·穆魯和唐娜·斯特里克蘭師徒倆則聯(lián)手開發(fā)了“啁啾脈沖放大”技術(shù)，為人類帶來迄今為止能量最強(qiáng)的激光。這項(xiàng)技術(shù)在醫(yī)療、超精細(xì)微加工、高密度信息記錄存儲(chǔ)、新能源開發(fā)等數(shù)不清的領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。

·諾獎(jiǎng)小八卦·

法國人以熱情、浪漫著稱，穆魯年近80，依然身材修長、風(fēng)度翩翩，喜歡戴著紅圍巾開敞篷車兜風(fēng)。他酷愛滑雪、游泳，還曾身穿實(shí)驗(yàn)服、戴上炫酷的護(hù)目鏡跳舞，宣傳他的超強(qiáng)激光計(jì)劃。斯特里克蘭則是繼瑪麗·居里（即居里夫人）、瑪麗亞·戈普波特·梅耶爾之后，史上第三位獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的女性。她說當(dāng)她第一次踏入實(shí)驗(yàn)室，看到五彩斑斕的激光猶如圣誕樹一般時(shí)，便知道自己一生都會(huì)以研究激光為樂。

那么，光鑷和啁啾脈沖放大究竟是什么樣的技術(shù)呢？

神奇光之鑷

還記得大鴨梨以前介紹過的太陽帆飛船嗎？一張帆就能推動(dòng)宇宙飛船，靠的是太陽的光壓。光鑷?yán)玫耐瑯邮枪獾膲毫Α?/p>

雖然光的壓力很小很小，小到咱們完全感覺不到，但對于原子、細(xì)菌、細(xì)胞等小家伙來說影響可就大了。1967年，阿什金發(fā)現(xiàn)，激光束可將微米尺寸的乳膠球推入水中。后來，他加了一束光，從另一邊照在小球上，兩束光合力，球被定在原地，好像被鑷子夾住一樣。如果移動(dòng)光束，小球也隨之移動(dòng)。

最初，阿什金是想用光鑷抓住原子，后來他發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)神奇的技術(shù)同樣可在生物學(xué)領(lǐng)域大顯身手。1987年，他用光鑷成功地抓起了活的細(xì)菌，而沒有對其造成任何損傷。

·它有什么用·

如今有很多實(shí)驗(yàn)室使用光鑷翻轉(zhuǎn)、切割和推拉蛋白質(zhì)、DNA、細(xì)胞等小微粒，以此進(jìn)行觀察和手術(shù)。比如清華大學(xué)正在探索用光鑷操控超高真空環(huán)境下納米大小的晶體;抗瘧疾研究中使用的光學(xué)全息術(shù)可讓上千把光鑷同時(shí)工作，從感染細(xì)胞中分離健康血細(xì)胞;幾個(gè)月前，人類首次成功用光鑷操縱了細(xì)胞分裂時(shí)的紡錘體排列……

最強(qiáng)的激光

自從1960年代激光被制造出來后，人類一直試圖獲得更強(qiáng)的激光，但20多年后這條路似乎走到了盡頭，因?yàn)楫?dāng)激光強(qiáng)到一定程度時(shí)，激光放大器就會(huì)被燒毀。但穆魯和斯特里克蘭卻用一個(gè)簡單、優(yōu)雅的方法，巧妙破解了這個(gè)難題。

他們先將一段激光脈沖在時(shí)間上拉長，使激光的強(qiáng)度降低，這樣就能在不損壞放大器的情況下將激光放大，然后再狠狠壓縮。于是更多的光被集中到了更小的空間里，強(qiáng)度自然急劇上升。這就是啁啾脈沖放大技術(shù)。所謂啁啾，是形容鳥兒的叫聲。鳥兒啁啾啼鳴，聲音往往前部略低，后部上揚(yáng)，用來形容前低后高的脈沖放大技術(shù)，又形象又雅致，真有詩意！

·它有什么用·

這項(xiàng)技術(shù)能把激光壓縮到極短的時(shí)間內(nèi)，比如飛秒（一千萬億分之一秒）、阿秒（千分之一飛秒），產(chǎn)生極強(qiáng)的能量。超短超強(qiáng)的激光脈沖可以化為銳利的刀，在各種材料包括活的生物體上精準(zhǔn)打孔、切割，用飛秒激光切割眼角膜的手術(shù)，已為成千上萬近視患者帶來福音;可以制造高速相機(jī)，給瞬息萬變的原子世界拍照;用來做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，不僅能將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在材料表面，更能存進(jìn)材料內(nèi)部深挖的小孔里;阿秒級激光還能揭示甚至控制電子的神奇世界……