Arthur Ashkin, Gérard Mourou ja Donna Strickland palkittiin fysiikan Nobelin palkinnolla. Kuva: Niklas Elmehed / Nobel Media
Arthur Ashkin, Gérard Mourou ja Donna Strickland palkittiin fysiikan Nobelin palkinnolla. Kuva: Niklas Elmehed / Nobel Media

Kolmikon oivallukset ovat poikineet keinoja esimerkiksi silmäleikkauksiin ja yksittäisten solujen siirtelyyn.

Fysiikan Nobel-palkinnon jakoivat yhdysvaltalainen Arthur Ashkin,ranskalainen Gérard Mourou ja kanadalainen Donna Strickland laserlöydöksistään.

Lasereista on tullut Nobel-komitean perustelun mukaan korvaamattomia eri tutkimuksen aloilla, lääketieteessä ja teollisuudessa, jopa ihmisten arjessa.

Strickland on kolmas fysiikan Nobel-palkinnon saanut nainen. Edellisen kerran nainen palkittiin 55 vuotta sitten.

Mourou ja Strickland keksivät, miten laserilla pystyy tuottamaan hyvin voimakkaita ja lyhyitä pulsseja.

Heidän menetelmänsä vakiintui voimakkaissa laserlaitteissa, jollaisilla nykyään tehdään esimerkiksi silmäleikkauksia. Niissä korjataan esimerkiksi silmän likitaitteisuutta muokkaamalla sarveiskalvon muotoa.

Vielä ennen 1980-luvun puoliväliä nopeiden lasereiden pulssien voimakkuus ei juuri kasvanut. Silloisen lasertekniikan rajat tulivat vastaan, kun pulsseja yritettiin vahvistaa.

Liian voimakkaita ja hyvin lyhyitä pulsseja ei voi lähettää sellaisenaan valon vahvistimeen. Vahvistava väliaine ei kestä.

Mourou ja Strickland oivalsivat, että laserpulssin kestoa pitää ensin venyttää siten, että valon aallonpituudet etenevät peräkkäin. Siten laserpulssin huipputeho väheni niin, että sen pystyi ohjaamaan vahvistavaan väliaineeseen väliainetta rikkomatta.

Sitten he kokosivat vahvistetut aallonpituudet uudelleen yhteen, jolloin syntyi hyvin lyhykestoinen mutta hyvin paljon voimakkaampi laserpulssi. Lasersäteeseen saadaan siis pakatuksi enemmän fotoneita pienempään tilaan.

Vahvoilla ja nopeilla lasereilla on laajasti käyttöä eri alojen tutkimuksessa.

Hyvin voimakas ja pienelle alalle kohdistuva lasersäde esimerkiksi hajottaa kohdetta vain pieneltä alalta. Säteen tehoa pystyy säätämään tarkasti.

Silmien laserleikkausten periaatteen pystyy maallikkokin ymmärtämään.

”Silmäkirurgi pystyy laserilla höyläämään sarveiskalvoa molekyylikerros kerrallaan ja muotoilemaan sitä hyvin tarkasti”, professori Matti Kaivola Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitokselta kuvailee.

Kovempaakin käyttöä löytyy. Laserpulsseilla voidaan Kaivolan mukaan vaikka hajottaa atomien rakenne siten, että elektronit ja ytimet joutuvat erilleen. Tällaisen plasman tekeminen onnistuu vaikka laboratorion pöydällä.

Lyhyillä valopulsseilla voi tutkia esimerkiksi atomin ominaisuuksia erittäin tarkasti. Nopeimmilla lasereilla näkee jopa elektronin kiertävän atomin ytimen ympärillä.

Arthur Ashkin puolestaan kehitti optiset pinsetit, joilla tutkija voi tarttua paitsi pieniin hiukkasiin ja atomeihin, myös viruksiin ja eläviin soluihin.

Lasersäteeseen perustuvilla pinseteillä voidaan tutkia yksittäisiä molekyylejä ja niiden avulla pystytään mittaamaan jopa dna:n lujuutta.

”Lasersäde on kuin aineeton pinsetti, ja siksi se toimii mahtavasti. Hienous on siinä, että sen avulla voidaan vangita ja siirtää yksittäisiä soluja ja viruksia niitä vahingoittamatta”, Kaivola kuvailee.

Ashkinin oivallus oli Nobel-komitean mukaan juuri se, että lasersäteellä saattoi tutkia elollisia kohteita. Optisia pinsettejä käytettiin ensimmäisen kerran jo 1987 elävien bakteerien liikuttelemiseen.

käyttäjä-3779
Seuraa 
Viestejä1760
Liittynyt12.5.2014

Fysiikan nobelit laserin parantelijoille

Laser toimii siten, että energiaa ensin pumpataan valittuun väliaineeseen (aluksi rubiiniin, mutta nykyisin sopivia väliaineita tunnetaan monta kiinteitä ja kaasumaisia), minkä jälkeen kertynyt lataus purkautuu nopeasti lähettäen energian tiettyinä samoina aallonpituuksina värähtelemään laserontelossa ja säteilemään ulos koherenttina lasersäteenä. Albert Einstein esitti laserin periaatteen jo 1917, mutta ensimmäinen toimiva laser valmistui 1960. Pian keksittiin eri virittyviin aineisiin...
Lue kommentti