Нобелевская премия по физике в этом году присуждена за исследования в области оптики. По сути, премия дана за два независимых открытия: половина премии – Артуру Ашкину за изобретение оптического пинцета и его применение в биологических системах, а вторая половина, разделенная на две части, – Жерару Муру и Донне Стрикленд за создание метода генерации высокоинтенсивных ультракоротких оптических импульсов.

Оба открытия связаны с взаимодействием света с веществом: в первом случае свет используется для манипуляций с маленькими объектами, такими как биологические клетки и внутриклеточные тела, а во втором – специально приготовленные оптические элементы создают особые состояния света.

Хорошо известно, что взаимодействие света с веществом может приводить к механическим эффектам. Например, свет оказывает давление на материальные тела, что было показано более ста лет назад Петром Николаевичем Лебедевым. Эффект почти незаметен в обычном для человека масштабе, но в микромире выражен гораздо сильнее.

Артур Ашкин исследовал взаимодействие сфокусированного излучения с микроскопическими объектами, и обнаружил довольно контринтуитивный эффект: небольшие объекты, такие как бактерии, притягиваются в центральную часть пучка, туда, где интенсивность максимальна! Если перемещать пучок, то втянутые в него объекты будут перемещаться вместе с ним. Метод манипуляций с крошечными объектами на основе такого взаимодействия назвали "оптическим пинцетом". Он получил широкое распространение в биологии и физике, например, позволил создавать оптические ловушки и проводить манипуляции с отдельными атомами, что уже было отмечено ранее Нобелевскими премиями.

С момента изобретения лазера, одним из направлений развития лазерной техники стало создание излучения высокой мощности. Стандартный подход заключался в усилении лазерных импульсов с помощью специальных сред с инверсией населенностей уровней энергии. При достижении определенного уровня интенсивности излучения, дальнейшего усиления не происходит, и сама среда может быть повреждена таким интенсивным светом.

Жерар Муру вместе со своей аспиранткой Донной Стрикленд использовал довольно простую и элегантную идею, которую к середине 80-х годов реализовал экспериментально. Вместо простого усиления, импульс сначала раскладывается на спектральные компоненты, разнесенные во времени, после чего они усиливаются по отдельности, а потом собираются опять в один импульс. При таком подходе, в каждый момент времени усиливается только часть импульса, а не весь импульс целиком, что позволяет достичь гораздо более высокой пиковой интенсивности света. Этот метод широко распространен не только в науке, но и в технике, например, в аппаратах лазерной резки.

Благодарим за помощь в подготовке материала Ксению Теплякову (МПГУ)