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2018年诺贝尔物理学奖解读(3)

2018-10-06 17:56:08 网络整理 阅读:81 评论:0

这个时候新的问题产生了,那就是因为微粒受到高强度的激光影响,微粒会剧烈地振动,在宏观上就表现为温度剧烈升高,而温度这么一升,微粒结构也会因此改变。这不是阿瑟想要的,他希望被约束住的微粒依然能维持原来的状态,那么就需要在约束微粒的同时,想法降低微粒的振动幅度。

后来这个技术门槛也解决了,解决之后的下一年,1987年,阿瑟就使用自己发明的光学镊子,成功地捕获了单个的活细菌。这种任务对之前的生物学家来说是一项不可能完成的任务,因为任何对单个细菌进行的操作都不可避免地对它们产生伤害,细菌就很可能死掉。但是现在生物学家甚至可以用光学镊子夹起一些细菌,让它们在一束由光形成的“牢笼”里头繁殖,这时候对细菌的分裂和生存状态就可以更细微地观察了。

这种想办法降低微粒振动又约束微粒运动的方法后来不只用于观察单个细菌,也用来捕捉单个的原子,所以跟光学镊子发明高度相关的另一项发明,就是华裔科学家朱棣文因“激光冷却和俘获原子的方法”也曾经获得过1997年的诺贝尔物理学奖。

脉冲激光

奖项的另外一半授予热拉尔和唐娜,因为他们提出了制造高强度、超短波脉冲激光的方法。简单地说就是他们制造出超强的脉冲激光。

激光是20世纪60年代诞生的,诞生之后激光器的功率就不断提升,这个增长持续了20多年后遇到了瓶颈。瓶颈就在于激光晶体承受不住,当时的上限是每平方厘米的功率不能超过1×10的10次方瓦,也就是100亿瓦每平方厘米。

为了提高激光器的功率,那时只有一个办法,就是不断地加大激光晶体的面积。激光晶体都是一些极难制备的昂贵的东西,比如说现在要求一块直径15cm的蓝宝石(Sapphire)晶体,那就得几十万美元的费用,这个价格大部分实验室是承担不起的,但就算如此,也离期望的大功率差得远。

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