显微镜接口2018诺贝尔物理学奖：从科幻到现实的

大家好，这里是老上光显微镜知识课堂，在这里你可以学到所有关于显微镜知识，好的，请看下面文章： 今年诺贝尔奖得主的发明使激光物理学发生了革命性的变化，允许微小物体和极快的过程以新的方式出现。不仅物理学，而且化学、生物学和医学都获得了用于基础研究和实际应用的仪器。
    
     阿瑟·阿什金发明了光镊，它能用激光束拾取粒子、原子和分子。它还能拾取病毒、细菌和其他活细胞，防止它们在检查和治疗过程中受到损伤。阿什的光镊为观察和治疗创造了新的机会。控制生命机器。
    
     G rard Mourou和Donna Strickland为人类创造的最短和最强的激光脉冲奠定了基础。他们开发的技术开辟了新的研究领域，带来了广泛的工业和医学应用。例如，每年都有无数的眼科手术。用最锐利的激光束
    
     亚瑟·阿什金有一个梦想：如果光束可以用来工作和移动物体，那将是很棒的。在20世纪60年代的《星际迷航》系列中，牵引光束可以用来检索物体，甚至太空中的小行星，而不需要物理接触。当然，这听起来像纯粹的科幻小说。我们可以感觉到太阳车。我们感到太阳下很热，但是光束上的压力很小，以至于它不能感觉到推力。但是它的力量是否足以推动微粒和原子呢
    
     1960年台激光发明后，阿什金立即开始在纽约城外的贝尔实验室用新机器进行实验。在激光中，光波相干地向前传播；在普通的白光中，光束混合了彩虹的所有颜色，并在各个方向散射。
    
     阿什金意识到激光是用光束移动微观粒子的理想工具。他照亮了微米大小的透明球体，而且确实可以立即移动这些球。同时，令阿什金吃惊的是，这些球体被吸入光束的中间。最强烈的光，为什么不管激光有多薄，其强度总是从中心到边缘逐渐减弱，结果，激光对粒子的辐射压力会发生变化，把它们推到光束的中心并保持在中心。
    
     为了保持粒子在光束方向上，阿什金添加了一个高强度透镜来聚焦激光。因此，这些粒子被更大强度的光吸引。一个光陷阱诞生了。后来人们称之为光镊。
    
     经过多年的艰苦工作和多次的失败，光学陷阱终于可以捕获单个原子。在这段时间里，有许多困难，其中之一就是光镊必须足够强大以捕获原子，另一个就是原子的热振动。d是减慢原子运动并将其限制在非常小的区域内的一种方法，小于完全停止。到1986年，一切都准备好了：光学镊子，结合其他手段，可以停止并捕获原子。
    
     随着原子减速发展成为一个独立的研究领域，阿瑟阿什金发现了光学镊子在生物系统研究中的新用途。他的发现实际上是一个偶然的机会。他试图用光学镊子捕捉较小的粒子，使用镶嵌的小样本。阿什金把样品敞开一整夜后，样品被大颗粒所覆盖。用显微镜观察，这些颗粒实际上是不能自由游动的细菌——当它们接近激光束时，被光阱捕获。er太强了，不能杀死细菌。所以如果你想让细菌存活，你需要使用更少的能量激光。使用红外激光，细菌不会受损，并且可以在光阱中继续传播。
    
     因此，阿什的研究将集中于各种细菌、病毒和其他活细胞。他甚至证明它可以接触细胞而不损伤细胞膜。阿什用他的光镊开辟了一个全新的应用领域。研究细胞中分子马达的机械特性的能力，它在细胞中起着至关重要的作用。用光镊子详细描述的种马达蛋白被称为动蛋白，研究人员发现它沿着细胞骨架的一部分即微管一步一步地移动。
    
     在过去的几年里，许多其他的研究者受到Ashkin的启发，使用他的方法并改进它。现在光镊被以无数的方式使用，以允许研究人员在不接触实验物体的情况下观察、翻转、切割和推动实验物体。在许多实验室，光镊有e因此成为研究生物过程的标准设备，例如单个蛋白质、分子马达、DNA或细胞的内部工作。最近的一个发展是光学全息术，它允许数千镊子同时工作，例如从.中分离健康血细胞。CTD细胞，可广泛应用于疟疾防治研究中。
    
     阿什金总是惊叹于他的工具的进步。其他两个获奖者的发明，超短和超强激光脉冲，曾经是未来的梦想。
    
     这项技术的灵感来自于一篇通俗的科学文章，文章描述了雷达及其长波无线电波。然而，从理论和实践上都不容易将这种想法转变为短波。1985年12月，唐娜·思特里克兰德发表了她的篇科学论文。她从加拿大搬到了罗切斯特大学，在那里她对激光物理学产生了兴趣，不仅因为绿光和红光像圣诞树一样照亮了实验室，还因为她的导师杰哈莫罗对未来的憧憬。已经实现了——将短激光脉冲放大到前所未有的水平。
    
     激光是由光子产生更多光子的链式反应产生的。它们可以以脉冲形式发射。自从大约60年前激光被发明以来，研究人员正试图产生更强的脉冲。然而，到80年代中期，道路似乎已经走到尽头。对于短脉冲，增加脉冲。光的强度会把放大材料烧掉。
    
     Strackland和Morrow的新技术，啁啾脉冲放大（CPA），既简单又优雅。取一个短的激光脉冲，及时地拉长，放大，再压缩成一个短的脉冲。当脉冲拉长时，峰值功率急剧下降，从而可以增加到高功率。在不损坏放大器的情况下，倍数更大。然后脉冲被重新压缩，所以更多的光被压缩到一个小空间中，并且脉冲的强度急剧上升。
    
     当脉冲变为音频时，就会产生一种声音，听起来像鸟叫的叽叽喳喳喳喳喳喳喳喳喳喳喳喳喳喳这是LIGO接收到的引力波信号和啁啾信号的特性，我们可以感受到LIOO.ORG。
    
     好几年的时间里，trage先生明天将步骤。最喜欢的项目，大量的实践和概念的细节的研究带来许多困难。例如，他们把脉冲与一个新的2.5-kilometer纤维，但没有出来的光线，在另一端，纤维破裂中间。他们花了这么多的努力，他们终于用光纤1.4公里。遇到的主要困难之一是确保在项目的每一步步骤：设备的扩展和压缩机必须同步。这个问题终于解决了。1985，特拉奇和莫罗首先证明了他们的两个典雅理论在实践中也能起作用。
    
     The CPA technology invented by Strickland and Morrow revolutionized the field of laser physics, became the standard technology for all subsequent high-intensity lasers, and opened the door to new fields and applications in physics, chemistry and medicine.Nowadays, people can create the shortest and历史上最强的激光脉冲。
    
     如何应用这些超短强脉冲早期的应用领域是分子和原子之间发生的事物的快速摄影。在快速变化的微观世界中，事物发生得如此之快，以至于在很长一段时间内，人们只能描述事件前后的景象。第二长，似乎曾经是瞬间的东西可以看到。
    
     激光的纯强度也使它们成为改变物质性质的工具：绝缘体变成导体；激光束的纯锐度使切割或穿孔不同材料成为可能，甚至在生物体中也是如此。
    
     例如，激光可以用作更有效的数据存储，这样数据不仅可以存储在材料的表面，而且可以存储在材料的深孔中。并加强血管、尿道和其他途径在体内。
    
     还有无数的用途领域尚未得到充分的探索。每一项技术进步都使研究人员能够深入探索新世界，改变基础研究和实际应用。
    
     近年来一个新的研究领域是阿秒物理，一秒为十亿分之一秒，一个短于100秒的激光脉冲揭示了电子的神奇世界。电子是化学的主体；所有物质和化学键之间的相互作用。现在它们不仅被观察，而且被控制。
    
     这些新的激光技术很快就会应用到更多的应用中：更快的电子元件、更有效的太阳能电池、更好的催化剂、更强大的粒子加速器、新能源和定制的药物。难怪激光物理是这样一个具有竞争力的领域。
    
     Donna Streakland在加拿大继续工作，Jeha Morrow回到法国参加泛欧激光项目和其他项目。他发起并领导了极轻基础设施的早期发展。在接下来的几年里，捷克共和国将建造三个场馆。匈牙利和罗马尼亚。设计峰值为10瓦（10^16瓦），相当于100万亿个灯泡在非常短的时间内闪烁。
    
     这些不同的地方将集中在不同的领域——匈牙利将集中在阿托斯、罗马尼亚核物理和捷克共和国上的高能粒子束上。中国、日本、美国和俄罗斯正计划更新更强大的设施。
    
     人们已经设想了下一步：功率将增加10倍至100瓦。激光技术的未来不会就此止步：为什么不用Zeva（10^21瓦）功率，或者把脉冲降低到毫秒（从分钟到难以置信的时间碎片-10^-21秒）人们正在探索新的前沿，从真空中的量子物理到用于从人体上移除癌细胞的强大质子束产品。但即使现在，这些伟大的发明也允许我们详细地探索微观世界，这就是阿尔弗雷德·诺贝尔的精神。对全人类的贡献。
    
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