Prof. Gawlik: używamy narzędzi ze światła, takich jak stworzone przez noblistów

Narzędzi ze światła, takich jak stworzone przez tegorocznych laureatów Nobla z fizyki, używa zespół naukowców z UJ, kierowany przez prof. Wojciecha Gawlika. "My siłami światła działamy na atomy po to, by schłodzić je do niezwykle niskich temperatur i uzyskać materię o właściwościach kwantowych" - wyjaśnia w rozmowie z PAP badacz.

Artur Ashkin jest jednym z trójki tegorocznych noblistów w dziedzinie fizyki - obok Gerarda Mourou i Donny Strickland. Nazwiska laureatów ogłosił we wtorek Komitet Noblowski, który docenił naukowców za przełomowe wynalazki z zakresu fizyki laserów.

Arthur Ashkin z Bell Laboratories w USA został wyróżniony za opracowanie pęsety optycznej i jej zastosowanie w systemach biologicznych.

Jak wyjaśnił w rozmowie z PAP prof. Gawlik, fizyk doświadczalny, b. kierownik Zakładu Fotoniki w Instytucie Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie, optyczne pęsety wykorzystują efekt wywierania siły przez światło. Światło potrafi naciskać i popychać obiekty. To właśnie słoneczny wiatr, czyli ciśnienie światła odgina ogony kometom. Efekt podobny jest do doświadczeń z suszarką i piłeczką, jakie znamy z festiwali nauki. Skierowany ku górze strumień ciepłego powietrza utrzymuje piłeczkę i pozwala przenieść ją z miejsca na miejsce. Podobne doświadczenia można przeprowadzić ze strumieniem fotonów, czyli ze światłem.

"Ashkin pierwszy zaproponował taką optyczną pęsetę. To jest wspaniałe narzędzie w biologii, ponieważ nawet w żyjącym organizmie można przenieść bakterię lub część komórki z miejsca na miejsce. Można zbadać, z jakimi siłami działają na siebie białka, tworzące charakterystyczne +sprężynki+ DNA. Dzięki takim badaniom wiemy na przykład, jakie stresy mogą taką cząsteczkę zniszczyć. Można wyobrazić sobie, jak ważna jest to możliwość w terapii nowotworów" - wyliczał prof. Gawlik.

Dodał, że także jego zespół badawczy korzysta z urządzeń opartych na siłach optycznych, które badał Ashkin. Działając siłami światła na atomy, naukowcy z Krakowa potrafią doprowadzić je do temperatur bliskich zera bezwzględnego. Wówczas ruch obiektów w materii zamiera i wtedy nabiera ona nietypowych właściwości. Staje się materią kwantową, np. tzw. kondensatem Bosego-Einsteina. W takich bardzo zimnych atomach można stworzyć m.in. niezwykle precyzyjne zegary, a w konsekwencji doskonalić narzędzia GPS, aby kontrolować nie tylko ruch samolotów w obrębie Ziemi, ale też statków kosmicznych.

Gerard Mourou i Donna Strickland stworzyli natomiast lasery o niezwykłej mocy, które można stosować np. w okulistyce, ale też sterować reakcjami chemicznymi. Jak podkreślił rozmówca PAP, przed wymyśleniem metody nagrodzonej przez Komitet Noblowski, nie było narzędzi na tyle szybkich, żeby nadążyły za procesami, jakie zachodzą między cząsteczkami.

"Podczas reakcji chemicznych cząsteczki oddziałują ze sobą bardzo szybko. Żeby wpływać na te procesy, musimy dysponować równie szybkim narzędziem - laserem o bardzo szybkich impulsach. Lasery femtosekuudowe wytwarzają ultrakrótkie błyski światła. Dzięki noblistom potrafimy je wytworzyć tak, żeby były dostatecznie silne. Wcześniej trudno było znaleźć układy wzmacniające, czyli cokolwiek, co wytrzyma olbrzymie amplitudy impulsów. Tak mocne impulsy po prostu niszczyły materię" - opisał fizyk.

Wyjaśnił, że nobliści zamiast wzmacniać krótkie impulsy, rozciągnęli je w czasie. "Spowodowali, że są one wolniejsze i problem wytrzymałości materiałów stał się mniej istotny. Taki dłuższy impuls można bowiem wzmocnić bez zagrożenia uszkodzeniem całej aparatury. Dodatkowo, metoda pozwala naprawić to, co świadomie zepsuliśmy, czyli na powrót skrócić czas trwania poprzez kompresję impulsów na wyjściu aparatury" - tłumaczył fizyk.

Karolina Duszczyk (PAP)