Thứ sáu, 14/12/2018 6:01 AM

Giải Nobel Vật Lý 2018: Tia Laser Cường Độ Cao

Thứ năm, 04/10/2018 6:58 AM

Giải Nobel Vật Lý 2018 danh giá được trao cho 3 nhà khoa học tài ba về lĩnh vực Tia Laser Cường Độ Cao: Arthur Ashkin (Mỹ), Donna Strickland (Canada) và Genard Mourou (Pháp). Sau 55 năm, thế giới mới có thêm được 1 người phụ nữ đoạt giải Nobel Vật Lý.

3 khoa học gia thắng giải Nobel Vật Lý 2018: Arthur Ashkin, Donna Strickland và Genard Mourou.

Ông Arthur Ashkin thuộc Phòng thí nghiệm Bell của Mỹ nhận 1/2 giải Nobel Vật lý năm nay vì đã phát minh ra “kẹp quang học”, nửa còn lại được bà Donna Strickland (người Canada) chia sẻ với ông Gerard Mourou thuộc đại học École Polytechnique, Pháp, vì cống hiến trong lĩnh vực tia laser cường độ cao.

Cụ thể, ông Ashkin đã phát minh ra cái gọi là “kẹp quang học,” tia sáng được tập trung cao độ có thể giữ cố định các hạt, nguyên tử và tế bào sống. Phát minh này giờ đã trở thành công cụ phổ biến trong các phòng thí nghiệm sinh học trên thế giới.

Ông Mourou và bà Strickland đã phát hiện ra cách kéo giãn và khuếch đại tia laser để tạo ra các xung laser có bước sóng cực ngắn và mãnh liệt.

Trong thông cáo báo chí, Học viện khoa học Hoàng gia Thụy Điển viết rằng công trình gộp lại của 3 nhà khoa học trên đã “mở ra những lĩnh vực nghiên cứu mới và hàng loạt ứng dụng trong công nghiệp và y khoa.”

Khi một phóng viên hỏi bà Strickland cảm nhận khi trở thành người phụ nữ thứ 3 trong lịch sử nhận thưởng danh giá này, bà đáp: “Thật ư? Chỉ có từng ấy người? Tôi tưởng phải có nhiều hơn. […] Tôi không biết phải nói gì. Tôi rất vinh dự được đứng chung với những phụ nữ này.”

Dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu một chút về những phát triển mới trong lĩnh vực laser mà 3 nhà khoa học trên đã đóng góp.

Chiếc bẫy ánh sáng

“Kẹp quang học” từng chỉ nằm trong lĩnh vực khoa học viễn tưởng, nổi tiếng nhất là loại tia sáng có thể di chuyển vật thể hay cả phi thuyền trong phim Star Trek. Nhưng nhà nghiên cứu Authur Ashkin đã từng mơ một ngày nào đó có thể dùng tia sáng laser để di chuyển các đồ vật nhỏ.

Năng lượng của tia sáng không đủ mạnh để di chuyển con người, nhưng nó có thể đẩy các hạt nhỏ di động. Ông Ashkin đã tìm ra cách để di chuyển các hạt tròn nhỏ trong suốt. Ông cũng nhận ra rằng các hạt tròn này dường như “bay” về phía lõi có cường độ mạnh nhất của tia laser.

Điều này xảy ra là do cường độ của tia, bất kể là tập trung nhỏ tới đâu, đều sẽ giảm dần khi đi từ lõi ra phía ngoài. Như vậy tia laser sẽ tác động lực lên hạt nhỏ không đều, kéo nó về phía trung tâm (của tia).

Người ta còn có thể làm hạt nhỏ bay lơ lửng trong không khí bằng cách chiếu tia từ dưới lên – tương tự như cách bạn dùng máy sấy tóc thổi một quả bóng bàn từ dưới lên và làm cho nó lơ lửng trên không.

Cuối cùng ông Ashkin còn nghĩ ra cách: dùng một ống kính mạnh để tập trung hơn nữa ánh sáng laser đến mức các hạt nhỏ bị giữ chắc ở trung tâm của tia. Vậy là chúng ta có một loại kẹp bằng tia sáng.

Dùng tia laser giữ chắc các phân tử.

Sau vài năm nghiên cứu nữa, ông lại tìm ra cách giữ các nguyên tử riêng lẻ. Cần nhiều lực hơn để giữ một nguyên tử, bởi nó có rung động nhiệt của riêng mình. Ashkin giải quyết vấn đề đó bằng cách kết hợp kẹp quang học với những phương pháp khác để làm lạnh laser và cố định nguyên tử.

Ứng dụng trong lĩnh vực sinh học đến khá tình cờ. Khi ông Ashkin liên tục thử nghiệm kẹp các hạt nhỏ hơn và nhỏ hơn nữa, ông đã thử với mẫu là virus bệnh khảm (mosaic). Một đêm nọ, ông đã để các mẫu mở chứ không đóng lại. Sáng hôm sau, ông nhận thấy xuất hiện nhiều “hạt” lớn hơn xuất hiện trong mẫu: các vi khuẩn. Và các vi khuẩn cũng bị giữ trong bẫy quang học nếu chúng bơi gần đó. Cường độ của tia laser xanh lục có thể giết những vi khuẩn cứng đầu này, nhưng nếu chuyển sang ánh sáng hồng ngoại, vi khuẩn có thể tồn tại và sinh sôi. Kẹp laser hiện đã trở thành thiết bị tiêu chuẩn trong các phòng thí nghiệm sinh học.

Các xung khuếch đại

Laser có rất nhiều ứng dụng tiềm năng, nhưng vẫn bị giới hạn ở cường độ của tia (tức các bước sóng có thể ngắn tới mức nào). Khi vượt qua ngưỡng năng lượng nhất định, tia laser có thể phá hủy chính phương tiện dùng để khuếch đại.

Bà Strickland từng là sinh viên cao học tại phòng thí nghiệm của ông Mourou ở đại học Rochester hồi thập niên 1980. Họ phát hiện rằng có thể vượt qua khó khăn trên bằng cách kéo giãn một xung laser ngắn để làm giảm năng lượng của nó, rồi mới khuếch đại. Như vậy, họ có thể khuếch đại xung mà vẫn giữ được máy móc nguyên vẹn. Sau đó, xung được thu ngắn lại, nén ánh sáng vào một không gian nhỏ hẹp, làm tăng cường độ của xung lên cực cao.

Hình vẽ mô tả cách khuếch đại xung cực điểm (CPC).

Phương pháp này gọi là Chirped pulse amplification (CPA – tạm dịch: khuếch đại xung cực điểm), hiện tại đã được ứng dụng trong vật lý, hóa học và y tế. Ví dụ, những xung cực ngắn và cực mạnh giúp bắt được các tương tác giữa nguyên tử và phân tử, vốn chỉ xảy ra trong một phần triệu hay phần tỷ của giây. Bạn có thể coi đó như một loại máy ảnh nhanh nhất thế giới.

Tia laser cường độ cao còn có thể biến chất cách điện thành dẫn điện, cắt và khoan lỗ chính xác trên nhiều loại vật liệu, hay phẫu thuật mắt bằng laser và rất nhiều ứng dụng khác…

Học viện khoa học Hoàng gia Thụy Điển gần đây đã thông báo rằng họ sẽ khuyến khích thêm sự đa dạng trong các đề cử, về giới tính, địa lý và lĩnh vực nghiên cứu. Đây là tin tốt, bởi hy vọng chúng ta sẽ không phải đợi 55 năm nữa để chờ một phụ nữ tiếp theo nhận giải Nobel Vật lý!

► Xem thêm: Donna Strickland: Người Phụ Nữ Thứ 3 Trong Lịch Sử Nhân Loại Đoạt Giải Nobel Vật Lý​

 

Nguồn tham khảo

Trithucvn

Quan tâm  
2

Bài viết liên quan

Ý kiến bạn đọc

Bài viết cùng chuyên mục

 
Con Rươi - Tylorrhynchus heterochaetus
Con Rươi hay còn gọi là Rươi Biển, Địa Long là loại thường hay được khai thác ở Việt Nam để chế ra các món ăn đặc trừng vùng miền, Rươi có tên khoa học là Tylorrhynchus heterochaetus, thường số trong cát sỏi, mép khe đá hay đáy bùn...
13 Triệu Chứng Của Bệnh Trì Hoãn Và Cách Điều Trị Siêu Hiệu Quả
Bạn luôn trễ giờ làm, thích ngủ, dậy muộn và luôn trong tâm trạng "Chả muốn động tay, động chân, động não để làm gì cả".... Và rồi bạn chán nản thất vọng và tự hỏi tại sao "Thằng A, con B lại hơn mình?"....
Phế Cầu Khuẩn - Streptococcus Pneumoniae
Phế cầu khuẩn (Streptococcus pneumoniae) là một loài vi khuẩn Gram dương thuộc chi Streptococcus. S. pneumoniae cư trú nhưng không gây ra bệnh trong mũi họng của người khỏe mạnh. Tuy nhiên, ở những người nhạy cảm, chẳng hạn như người già và...
Những Điều Cực Thú Vị Ẩn Chứa Đằng Sau Logo Của Các Thương Hiệu Hàng Đầu Thế Giới
Khi chúng ta cầm trên tay một sản phẩm, điều đầu tiên đập vào mắt đó là hình ảnh chiếc logo, đôi khi nhìn khá đơn điệu nhưng bạn biết không, ẩn chứa đằng sau nó là rất nhiều ý nghĩa và những câu chuyện thú vị.
9 Phát Minh Giúp Thay Đổi Cục Diện Trái Đất
Trái đất của chúng ta đang bị tấn công bởi rác thải, ô nhiễm không khí và nguồn nước. Nếu triển khai tốt 9 phát minh dưới đây thì hành tinh này sẽ trở nên xanh, sạch và an toàn hơn rất nhiều.
Penicillium
Penicillium là một chi nấm có tầm quan trọng lớn trong môi trường tự nhiên cũng như sản xuất thực phẩm và thuốc. Vài thành viên của chi được dùng để sản xuất penicillin - một kháng sinh có thể giết chết hoặc ngừng sự phát triển...
Những Sinh Vật Có Hình Dáng Kỳ Lạ Mới Được Phát Hiện Trong Năm 2018
Nhiều người nói thẳng thừng rằng: Chả còn con gì mà loài người chưa biết, vâng đó là phát ngôn riêng của họ, sự thật thì năm 2018, các khoa học gia đã phát hiện thêm được cả 10 loài sinh vật mới đấy mà hình dáng của chúng có...
Trung Quốc Phát Triển Robot AI Quyết Định Sinh Mạng Bệnh Nhân Đang Hôn Mê
Tại bệnh viện công PLA của Trung Quốc, người ta phát triển một loại robot AI để xác định một người nào đó đang hôn mê có thể tỉnh lại một lần nữa hay không, loại máy mọc này có thể chẩn đoán chính xác lên đến 90%.