變激光為工具
今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)被授予3位在設(shè)計(jì)由光制成的工具方面作出重要貢獻(xiàn)的研究人員。來(lái)自美國(guó)紐約含德市貝爾實(shí)驗(yàn)室的阿瑟·阿什金(Arthur Ashkin)因發(fā)明光鑷而獲得這一殊榮。光鑷是一種利用聚焦激光束夾住和操控包括生物樣本在內(nèi)的微觀物體的技術(shù),正如人們利用鑷子所做的事情。來(lái)自法國(guó)巴黎綜合理工學(xué)院的熱拉爾·穆魯(Gérard Mourou)和加拿大滑鐵盧大學(xué)的唐娜·斯特里克蘭(Donna Strickland)因發(fā)明啁啾脈沖放大(CPA)而獲獎(jiǎng)。CPA是一項(xiàng)可極大提高激光脈沖功率的技術(shù),被廣泛用于物理學(xué)研究,也可以應(yīng)用于癌癥治療和粒子加速領(lǐng)域。 光鑷通過(guò)利用聚焦的激光束對(duì)微小物體施加非常小的力,從而將物體夾住。激光束被塑造成“楊柳腰”形狀,而“腰部”擁有強(qiáng)大的電場(chǎng)梯度。如果物體是在電場(chǎng)中被極化的介電材料,它將感受到朝向最強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域——激光束中心的力。在垂直方向上,激光束的光子對(duì)物體施加壓力從而將其夾起來(lái)。盡管上世紀(jì)80年代初阿什金最初打算利用該技術(shù)操控原子,但他很快將目光轉(zhuǎn)向更大的粒子以及隨后的生物體,包括病毒和活體細(xì)胞。其他人利用該技術(shù)闡明了鞭毛如何發(fā)揮作用以推動(dòng)細(xì)菌和其他分子馬達(dá),并且解決了馬達(dá)RNA聚合酶—— 一種在基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程中將DNA拷貝成mRNA的技術(shù)——如何沿著DNA產(chǎn)生單堿基對(duì)步驟。研究人員甚至利用光鑷制造微觀反射鏡。 |