2018 NOBELI PREEMIAD | Füüsikapreemia said laserispetsialistid, preemia sai üle 55 aasta ka naine

Sel nädalal jagatakse Nobeli preemiaid, füsioloogia ja meditsiinipreemia jagati kätte eile, täna oli järg füüsikapreemia käes. Preemia jaguneb kahe uurimuse vahel, mille üheseks nimetajaks on laserivalgusega manipuleerimine. Forte küsis kommentaari Tallinna Tehnikaülikooli teadlastelt, et aimu saada, millega on täpselt tegu.

Esimese teadustöö autoriks on Artur Ashkin. "Ashkin sai preemia optiliste pintsettide leiutamise eest - need on hindamatuks tööriistaks biotehnoloogias, võimaldades laserkiire abil liigutada ja hoida paigal väikseid osakesi," selgitab Tallinna Tehnikaülikooli küberneetika instituudi teadlane Jaan Kalda.

Kalda sõnul on meetodi põhimõte tuntud ulmekirjandusest: footonrakettide töö tugineb samuti valguse rõhul. Erinevalt footonraketist rakendatakse optiliste pintsettide puhul valgusjõudu väikestele osakestele ja erinevalt footonraketist on meil see tehnoloogia juba olemas- tänu Arthur Ashkinile.

Ashkin alustas valguse rõhu eksperimentidega juba 1970. aastal, näidates, et mikromeetri-suurusjärgus osakesi saab püüda laserkiire abil loodud optilistesse lõksudesse, teadlase enim-tsiteeritud teadustöö valmis 1986. aastal. Selleks ajaks oli ta koos kaasautoritega konstrueerinud uut tüüpi, ühe-laserkiire-lõksu, mis võimaldas kinni püüda juba laias suurusvahemikus osakesi (25 nanomeetrist 10 mikromeetrini).

Teine projekt - võimsad laserimpulsid

Teise teadustöö autorid Donna Strickland ja Gerard Mourou said preemia ultralühikeste võimsate laserimpulsside tehnoloogia leiutamise eest. "Sellised laserimpulsid on tänapäeval laialt kasutusel, alates laserkiire abil tehtavatest silmaoperatsioonidest ja lõpetades metalli töötlemisega," selgitab Kalda.

Vahetul võimsate laserimpulsside tekitamisel on mitmeid tehnoloogilisi raskusi. "Ühest takistusest aitab aimu saada veelainete näide: kui lained tulevad randa, siis nad kasvavad kõrgemaks, sest vee liikumisenergia peab ära mahtuma üha õhenevasse veekihti. Mingil hetkel peatab aga lainete kasvu nende murdumine, mis on põhjustatud asjaolust, et kõrged lained on mittelineaarsed. Väga tugevad valguslained on samuti mittelineaarsed ja see takistab võimsate laserimpulsside tekitamist," toob Kalda näite.

Donna Strickland ja Gerard Mourou võtsid 1985. aastal kasutusele meetodi, mis oli varem välja töötatud radarite raadiokiirguse jaoks: kõigepealt venitatakse algne impulss ajaliselt pikaks, kasutades dispersiooni, st lainete levikukiiruse sõltuvust lainepikkusest.

Selle meetodi toimimist on kõige lihtsam visualiseerida, kui visata kivi sügavasse järvevette: algne impulss on ajas hästi lühike, aga mida kaugemale lained kivi kukkumise kohast levivad, seda pikemaks laineterodu muutub. Seejärel võimendatakse pikaks ja nõrgaks venitatud laserimpulss intensiivseks kasutades võimendit ning surutakse lühikeseks tagasi kasutades vastupidise märgiga dispersiooni.

Vastupidise märgiga dispersiooni toime sarnaneb sellisel juhul filmiga, kus on üles võetud kivi vette viskamise järel tekkinud lained, aga filmi näidatakse ajas tagurpidi: algselt lamedad lained koonduvad kõik ühel ajal kivi vette kukkumise kohta kokku.

Loe eelmise sellel aastal välja antud Nobeli preemia kohta täpsemalt SIIT.