2018 Nobel Fizik ödülü sahipleri dün açıklandı. Bu sene lazer fiziğine yaptığı katkılardan dolayı üç bilim insanı ödülü paylaştı: Arthur Ashkin, Gerard Mourou ve Donna Strickland. Ödülün yarısı optik cımbızlanın mucidi olan Arthur Ashkin’e verilirken, yarısı da Mourou ve Strickland’a ultra-hızlı lazer uygulamalarına yaptıkları katkılar (chirped pulse amplification) dolayısıyla paylaştırıldı.

Bu seneki Nobellerin, özellikle bizim nezdimizde, en dikkate değer kısmı uzun yıllar (55 yıl) sonra bir kadının bu ödüle layık görülmesi idi. Kanada Waterloo Üniversitesi’nden Donna Strickland, 1 milyon dolarlık ödülün yarısını eski danışmanı Gerard Mourou ile paylaşacak. En son bu ödülü alan kadın bilim insanı Maria Goeppert Mayer 1963 yılında nükleer kabuk yapısının keşfinden dolayı layık görülmüştü.

Ödüllerin ilgi çekici bir tarafı daha var. Ödülün ikinci yarısını alan Arthur Ashkin’in eski doktora öğrencisi Steven Chu’nun, Ashkin’in bulduğu yöntemi kullanarak geliştirdiği atom tuzaklama tekniğinin Nobel almasından sonra, Ashkin’in yıllardır bu şansı kaybettiği düşünülüyordu. Hatta, Ashkin’in konu ile ilgili bazı yerlerde homurdanmalarını da görmek mümkün*. 96 yaşındaki bilim insanı, bu sayede öncüsü olduğu ve binlerce atıf aldığı optik cımbızlama tekniği için onurlandırılmış oldu.

İşin magazin tarafını bir kenara koyup, gelin bu ödüllerin “neye” verildiğine bakalım. Optik cımbızlama, ışığın momentum değişimden kaynaklanan çekici kuvveti kullanarak, mikrometre ve nanometre boyutlu parçacıkları sıkı odaklanmış bir lazerin oluşturduğu alan içine hapsetme tekniğidir**. Bu sayede, mikrometre mertebesinde kollara sahip olursunuz ve bir kolunuzla bir kan hücresini, diğeriyle başka bir  tanesini tutabilir, bunların yan yana geldiğinde nasıl etkileştiğini gözleyebilirsiniz. Yahut, bir virüsü tuzaklayarak, ona zarar vermeden saatlerce takip edebilir, hücre çevrimlerini izleyebilirsiniz. Bugün geleneksel optik tuzaklama haricinde holografik tuzaklama ile yüzlerce parçacığa aynı anda farklı hareketler yaptırılabiliyor. Plazmonik tuzaklama ile ile nanometrik parçacıkları haraketsiz hale getirilebiliyor. Optik cımbızlama, ticari olarak laboratuvar ve klinik cihazları üretilen bir yöntem haline gelmiştir.

Ultra-hızlı Lazer Fiziği araştırmacıları, bir kalp atışından daha hızlı gerçekleşen süreçleri incelemek için daha kısa süreli atımlar yapan lazerleri üretmenin arayışındalar. Burada şu formülü vermekte fayda var:

Pik Gücü = Atım Enerjisi (J) / Atım Süresi (s)

Bu formüle göre femtosaniye, yani saniye milyar kere milyonda biri kadar sürede bir atım yapan bir lazerin pik gücü oldukça yüksek olacaktır. Bunun da getireceği zorluk, amplifikatör üretme sürecinde bazı malzemeleri yakma olasılığıdır. Bunun olmaması için yüksek güçlere uzun süre çıkılamadı.

Strickland ve Mourou’nun lazer fiziği literatürüne kazandırdığı “Sarkan atım amplifikasyonu (chirped pulse amplification)” yöntemi sayesinde daha düşük güçle geleneksel denilebilecek amplifikatörler kullanılarak kısa atımlı ve yüksek güçlü lazerler yapılabilmesi mümkün oldu.

Bugün göz ameliyatlarında kullanılan lazer ablasyon tekniğinin bu çok kısa atımlı lazerler sayesinde dokulara ısıl hasarlar vermeden yapılması mümkün olmuş, bu teknolojinin laboratuvarlardan çıkacak duruma gelmesine de bu buluş büyük katkı sağlamıştır.

Strickland, 1985 yılında doktora sırasında yazdığı (ilk bilimsel makalesi) makale ile bu ödüle hak kazanmıştır***.

Ödül sahiplerine tebrikler. Darısı başımıza.

 

*https://www.photonics.com/Articles/Ashkin_Talks_About_the_Optical_Trap_/a36444

**: https://doi.org/10.1364/OL.11.000288

***: https://doi.org/10.1016/0030-4018(85)90151-8