Топ-100

Чудеса лазерных технологий

0

Фантастика становится реальностью

Лазеры считают самым важным изобретением ХХ в. Благодаря их открытию в 1960 г. стало возможно то, о чем раньше ученым не приходилось даже мечтать. Устройство, создающее узкий пучок интенсивного света, способно концентрировать огромную энергию и передавать ее на большое расстояние. Именно за новаторство в сфере лазерной физики Нобелевскую премию в 2018 г. получили Артур Эшкин, Жерар Муру и Донна Стриклэнд.

Пинцет, разрезающий клетки
Одна часть премии присуждена Эшкину – создателю оптического пинцета, с помощью которого можно захватывать даже живые клетки. Нобелевский прорыв физика произошел еще в 1987 г. – именно тогда удалось зафиксировать живую бактерию на лазерном луче. Принцип работы лазерного пинцета заключается в манипуляциях со световым давлением. Оказалось, что интенсивность излучения в лазере уменьшается от центра к краям. Поэтому микрочастицы «прижимаются» ближе к центру. Эшкин, недолго думая, использовал в направлении луча сильную линзу, позволяющую лучше сфокусировать луч, и таким образом получил своеобразную световую ловушку – лазерный пинцет. Сейчас это изобретение используют очень широко. Сам Эшкин заявил, что до сих пор удивляется, как сильно ученые смогли развить его находку. Благодаря открытию появилась возможность наблюдать, разрезать, толкать, тянуть разные клетки и молекулы, даже не прикасаясь к ним. Именно благодаря оптическим пинцетам ученые смогли увидеть, как молекула кинезина «шагает» и несет полезный груз по микротрубочке.

Сверхмощные лазеры
Вторую часть Нобелевской премии разделили Муру и Стриклэнд – авторы технологии усиления импульсов, позволяющих совершать сверхточные надрезы на любых поверхностях, даже на коже человека. Их изобретение напоминает научную фантастику – ученые взяли короткий лазерный импульс, растянули его во времени, усилили и затем — снова сжали. После такой процедуры интенсивность импульса значительно возросла. В 1985 г. они впервые воплотили теоретическую идею в реальность. Технология Муру и Стриклэнд совершила настоящую революцию в области лазерной физики. Она стала основой для высокоинтенсивных лазеров.
Сейчас Жерар Муру стал руководителем европейского проекта Extreme Light Infrastructure, цель которого – строительство сверхмощных лазеров. В ближайшее время ожидается постройка трех центров для данной технологии: в Чехии (здесь будут проводить исследования высокоэнергетических пучков частиц), Венгрии (будет специализироваться на сверхбыстрых лазерах) и Румынии (специализация – ядерная физика).

Плавающие 3D-картинки
Благодаря изобретениям этих и многих других ученых лазер превращается в очень полезный инструмент. Например, с помощью лазерных технологий исследователи смогли «нарисовать» уникальные воздушные 3D-объекты. Это не голограмма. Отличие в том, что объемные фигуры можно рассмотреть со всех сторон, не перекрывая источник света.
Руководитель этого проекта Даниэль Смолли рассказал, как создаются эти изображения. «Для начала необходимо захватить целлюлозную долю невидимым глазу лучом. После этого вы перетаскиваете ее вокруг каждой точки рисунка. Когда она находится в правильном месте, вы подсвечиваете ее красным, зеленым или синим лазером, чтобы доля начала иллюминировать. Благодаря перетаскиванию целлюлозной доли изображение выстраивается точка за точкой», — объяснил Смолли. Такая технология позволяет создавать и цветные воздушные рисунки. На данный момент исследователи даже «нарисовали» в воздухе принцессу Лею из «Звездных войн». Вскоре ученые планируют представить миру большие плавающие 3D-изображения, с помощью которых можно будет примерять «нарисованную» одежду или увидеть в музеях объемных динозавров вместо скелетов, подобно тому, как было в фильме «Мир юрского периода».

Сварка костей
Одной из наиважнейших сфер применения пучков света стала медицина. За основу, как ни странно, взяли опыт специалистов по лазерной обработке металла: благодаря точечной контактной сварке хирурги научились «приваривать» отслоившуюся сетчатку глаза, лазерный скальпель берет свое начало из автогенной резки, а сваривание костей стало возможным лишь после разработки стыковой сварки плавлением.
Несколько месяцев назад ученые из Гамбургского исследовательского центра с помощью самого большого в мире лазера на свободных электронах XFEL сделали новое важное открытие – увидели структуру белка, который отвечает за выработку привыкания к антибиотикам. Использовав лазерное излучение, биологи получили сверхкачественные рентгеновские снимки белковых кристаллов. Таким образом им удалось получить 3D-модель белка, которая в дальнейшем будет изучена более подробно. Исследователи надеются, что благодаря этому открытию будет создано средство, ликвидирующее устойчивость к тому или иному антибиотику.

Опасное оружие
Lockheed Martin, специализирующаяся на судостроении, разработке оружия и авиакосмической технике, также заинтересовалась лазерными технологиями. Корпорация пообещала создать для военно-морских сил США новое лазерное оружие под названием HELIOS. Пентагон уже выделил разработчикам 150 млн. долларов. Если американские власти будут довольны разработкой, они обещают дополнительно доплатить еще 942 млн. В Lockheed Martin уверены, что их изобретение позволит не только уничтожать беспилотники противников и ликвидировать судна, но и ослеплять врага на огромных расстояниях. Ожидается, что новое вооружение предоставят американской армии через четыре года.
Еще одну оружейную лазерную разработку представили в Китае. Изобретатели создали оружие ZKZM-500, поражающее цель с помощью лазерного луча. Подробностей пока немного, однако, по словам разработчиков, пушка может поражать цели на расстоянии до 800 м.
Лазерные технологии открыли новые научные горизонты. Уже сегодня с их помощью можно как изучать микромир, так и разрабатывать сверхопасное оружие. Скорость развития данной области физики настолько велика, что, скорее всего, еще много фантастических вещей в будущем воплотятся в реальность именно благодаря лазерам.

Ольга Маслянко http://enovosty.com

Share.

Comments are closed.