Premiul Nobel pentru Fizică 2018: Știința și oamenii de știință
În continuarea săptămânii Nobel prezentăm pe cel acordat pentru Fizică lui Arthur Ashkin, pentru optical tweezers și utilizarea lor în cercetarea sistemelor biologice, și lui Gérard Mourou și Donna Strickland, pentru metoda lor de generare a impulsurilor luminoase de durată scurtă și intensitate mare.
Cine sunt câștigătorii și cum au primit vestea?
Arthur Ashkin s-a născut în 1922 în New York și a studiat la Universitățile Columbia și Cornell. Acesta a cercetat „optic tweezers” în cadrul Laboratoarelor Bell, și este al 9-lea laureat Nobel din cadrul acestui laborator, primind premiul Nobel la vârsta de 96 de ani și devenind astfel cel mai în vârstă laureat al premiului.
În urma anunțului, care a survenit la ora 5 dimineața, Arthur Ashkin s-a declarat indisponibil pentru un interviu telefonic deoarece la ora aceea lucra la cel mai recent articol științific. Acesta a descris pasiunea pentru știință drept motivația sa principală, nu premiile.
Gérard Mourou, născut în 1944, este un fizician francez. Acesta este profesor la Ecole Polytechnique Paris și la Universitatea din Michigan. A coordonat teza de doctorat care a pus bazele descoperirii pentru care a luat premiul Nobel, la Universitatea Rochester în 1977.
Gérard Mourou a vorbit în cadrul primului interviu despre procesul prin care a ajuns la ideea de a amplifica razele laser și a descris accelerarea particulelor și tratamentul cancerului drept aplicații importante ale invenției sale.
Donna Strickland, născută în 1959 în Ontario, Canada, este profesor la Universitatea Waterloo din Canada. Aceasta și-a efectuat studiile la universitățile McMaster și Rochester, unde a lucrat sub îndrumarea lui Gérard Mourou. În primul ei articol științific, publicat în 1985 a descris tehnica CPA și a câștigat astfel premiul Nobel.
Este primul laureat care a răspuns apelului telefonic, la 4 dimineața. A acordat un interviu jurnaliștilor din Suedia la mai puțin de o oră de la anunțul oficial. Aceasta s-a declarat onorată de a fi a treia femeie laureat al Premiului Nobel pentru Fizică și surprinsă de apelul telefonic care a adus anunțul.
Ce impact au avut descoperirile asupra clinicii medicale?
După cum a declarat Olga Botner, președintele Comisiei Nobel pentru Fizică, instrumentele care utilizează lasere au devenit indispensabile în ultimii 60 de ani în numeroase industrii. Laserul are avantajul de a concentra o energie crescută pe o suprafață foarte mică. Milioane de oameni utilizează zilnic memoria computerului, imprimă documente pe hârtie și scanează coduri de bare, fără să se gândească la tehnologia care stă la baza acestor instrumente. Cel mai important în practica medicală, laserul se utilizează în intervenții chirurgicale și tratamente dermatologice.
Chirped pulse amplification
Gérard Mourou și Donna Strickland au pus bazele științifice care au condus la invenția celui mai precis tip de laser. Acesta este format din impulsuri scurte de mare frecvență cu intensitate foarte mare și a contribuit la inovația în domeniul oftalmologiei chirurgicale. Tehnica pe care cei doi au inventat-o se numește chirped pulse amplification (CPA).
Pentru a fi eficiente și utile în numeroasele lor aplicații, laserele trebuie să fie emise cu o intensitate mare. Emiterea laserului în impulsuri de lumină de intensitate mare și durată mică a contribuit la rezolvarea parțială a acestei probleme. Totuși, amplitudinea maximă atinsă de acest tip de laser este limitată, deoarece poate deteriora obiectul asupra căruia acționează.
În acest punct al dezvoltării laserelor a intervenit invenția lui Strickland și Mourou. Prin tehnica celor doi, crește durata impulsului de lumină, acesta este amplificat, iar apoi compresat în durata inițială. Astfel, un impuls luminos va avea un nivel mai mare de energie și o durată la fel de scurtă.
Tehnica CPA a facilitat apariția laserului care se utilizează astăzi în oftalmologie pentru operațiile de corectare a defectelor de refracție. Acest tip de chirurgie, numită LASIK poate corecta miopia și astigmatismul. Laserul folosit în această tehnică este capabil să excizeze porțiuni foarte mici din cornee, care reprezintă stratul anterior al ochiului. Astfel, îi corectează forma și curbura și vindecă defectele de refracție care afectează peste jumătate dintre adulții din Europa.
În 2017, se estimează că au fost efectuate peste 600.000 de astfel de proceduri în Europa. Cel mai important, aceste operații laser au o eficacitate ridicată: 90% dintre pacienți au o acuitate vizuală normală post-operator și, mai ales, rezultatele post-LASIK satisfac așteptările a 96% dintre pacienți.
„Optic tweezers”
Arthur Ashkin a creat o tehnică numită „optic tweezers” (pensete optice). Un fascicul laser întâlnește o microparticulă (de exemplu, bacterie ori virus). Fasciculul are intensitatea maximă în centrul acestuia, unde este și atrasă particula. Astfel, aceasta poate fi manevrată fără a îi modifica structura: poate levita sau poate fi deplasată.
Această tehnică are aplicații importante în modul în care cercetătorii studiază lumea vie, contribuind la descifrarea mai multor mecanisme din lumea vie: deplasarea bacteriilor flagelate, proprietățile fizice ale ADN și ARN, și mecanica „motoarelor moleculare”, substanțe din interiorul celulelor, cu rol de deplasare, pentru care a fost acordat premiul Nobel pentru Chimie în 2016.
Citește și:
- Premiul Nobel pentru Fizică 2018: dezvoltarea de lasere care au contribuit la chirurgia oftalmologică
- Premiul Nobel pentru Chimie 2018: producerea de anticorpi și enzime prin procesul de evoluție controlată
- Premiul Nobel pentru Medicină 2018: înțelegerea mecanismelor prin care sistemul imun luptă împotriva cancerului
Sursă imagine feature: Niklas Elmehed. Copyright: Nobel Media AB 2018