Thứ tư, 17/10/2018 5:00 PM

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

 
Những Phát Minh Khiến Ta Ngỡ Ngàng
Công nghệ giúp con người sống tốt hơn, thoải mái hơn và tiện nghi hơn, hàng ngày có rất nhiều phát minh mới ra đời và nếu bạn không để ý thì đến khi nhìn lại bạn cứ ngỡ mình đang ở tương lại.
Silent Spring: Cuốn Sách Giúp Kết Thúc Đế Chế Thuốc Trừ Sâu DDT
Mỗi người đều có sức mạnh tiềm tàng, nếu sử dụng chúng bằng cái TÂM thì sức mạnh ấy sẽ khiến cả thế giới phải thán phục và câu chuyện về cuốn sách Mùa xuân im lặng (Silent Spring) của tác giả Rahel Carson là ví dụ điển hình...
Bphone Sẽ Làm Gì Để Vươn Lên Vị Trí Dẫn Đầu Về Smartphone Tại Việt Nam?
Bỏ ra hơn 500 tỷ làm điện thoại, loay hoay từ 2009 đến nay, Bphone vẫn là một thương hiệu mờ nhạt ngay trên chính mảnh đất của mình. Nguyên nhân do đâu? và hướng phát triển của Bphone trong thời gian tới là gì?
Mối Cái Có Thể Tự Thụ Tinh và Sinh Sản Mà Không Cần Đến Con Đực
Mối là một xã hội có tổ chức và giai cấp, cũng có cả mối đực, mối cái, mối chúa,... nhưng sự thực thì mối cái có thể tự thu tinh và sinh sản mà không cần đến con đực.
Bí Ẩn Đáng Sợ Về Loài Bạch Tuộc Đã Được Khoa Học Tìm Ra
Vì sao Bạch tuộc lại tuyệt thực hoàn toàn từ khi bắt đầu đẻ trứng, nguyên nhân gì khiến nó ăn thịt cả bạn tình của mình? Đây là bí ẩn tưởng chừng như không lời giải, vậy mà giờ đây các nhà khoa học đã tìm ra.
Bạn Có Đủ Dũng Khí Đi Qua Những Cây Cầu Này?
Mặt cắt không còn tí máu, tim muốn rơi khỏi lồng ngực, đôi chân như không phải của mình nữa,... đó là mô tả của nhiều người khi đi qua những cây cầu này. Bạn có muốn 1 lần khám phá chúng trong đời?
MoonMoon: Một Cô Em Khác Của Chị Hằng?
Hiện đã có 1 mặt trăng rồi, liệu còn tồn tại một hoặc nhiều mặt trăng khác quay quanh mặt trăng hiện tại không? Bài viết này sẽ giúp bạn khai thông.
Dụng Cụ Ăn Trầu Được Chế Tác Bằng Ngọc Quý
Bộ đồ ăn trầu thời xưa gồm có bình vôi, khay (khơi) đựng trầu, thau nhổ và cối dã trầu (dành cho người già) thường được làm bằng đồng nhưng đó là dành cho dân thường. Vậy còn đồ nghề này trong hoàng cung được chế tác bằng...
Những Năng Lực Phi Phàm Của Loài Vật Mà Con Hàng Mong Ước
Trong tự nhiên có vô số loài động vật có khả năng siêu việt mà con người hàng mơ ước, kiếm tìm và nghiên cứu từ hàng nghìn năm qua nhưng vẫn "bặt vô âm tín". Vậy mà thứ ấy lại nghiễm nhiên tồn tại trên một số loài như: Khả...