55年後,女性科學家第三次獲得諾貝爾物理學獎

2020-12-04 錢江晚報

浙江24小時-錢江晚報記者 章咪佳 通訊員 朱心宇

瑞典斯德哥爾摩當地時間10月2日中午11時54分(北京時間17時54分),2018年諾貝爾物理學獎揭曉:

由美國科學家阿瑟·阿什金(Arthur Ashkin) 、法國科學家熱拉爾·穆魯(Gérard Mourou)和加拿大科學家唐娜·斯特裡克蘭(Donna Strickland)共同獲得該獎,為表彰他們在電子雷射領域做出的突出性貢獻。

師生共同獲獎

當天,諾獎委員會現場連線了唐娜·斯特裡克蘭(Donna Strickland)教授。這是一位女教授,是人類歷史上第三位、也是時隔55年再次獲得諾獎物理學獎的女科學家。

電話那頭,斯特裡克蘭在哭,她說接到諾獎委員會電話的時候,她心想「太瘋狂了……」她一直帶著哭腔調在回答記者提問。以至於諾獎委員會的秘書長先生安慰她,「啊,我想您可以先冷靜一下下。」

然後斯特裡克蘭問了一句:「我導師也獲獎了吧?」

斯特裡克蘭的導師,熱拉爾·穆魯(Gérard Mourou),是法國ENSTA極端光研究所所長和巴黎綜合理工學院教授,作為國際雷射研究與應用領域的頂尖學者,Gérard Mourou教授在超快雷射、高速電子學及其應用等領域做出許多傑出貢獻。

「Mourou 教授是我的導師,也是最早啟迪我的人。」 斯特裡克蘭在現場再次感恩導師。

他們共同發明了啁啾脈衝放大技術(Chirped Pulse Amplification, 簡稱CPA技術)。

這不禁讓人想起歷史上的另外一對師生:休伊什和他的女弟子喬瑟琳·貝爾(Jocelyn Bell Burnell)。

1974年諾獎物理學獎授予英國劍橋大學的賴爾(Martin Ryle)和休伊什(Antony Hewish),表彰他們在射電天文學方面的先驅性工作。賴爾獲獎是由於他的觀測和發明,特別是綜合孔徑技術的發明;休伊什則是由於他在發現脈衝星方面所起的決定性作用。但在研究項目中發揮重要作用的貝爾,則被排除在獲獎名單之外。

而事實上,在《自然》雜誌發布脈衝星發現的論文中,共有五位署名作者,休伊什是第一作者,貝爾名列第二。

當時這次授獎引起了國際天文學界的巨大爭議,被認為是諾貝爾獎歷史上最不公平的結果之一,以至於有人將其稱為「TheNoBellNobel」(沒有貝爾的諾貝爾)。

諾獎委員會後來吸取教訓,很多成果都頒給師生,今年的獎項很巧,獲獎的師生中,弟子是一位女科學家。

穆魯與斯特裡克蘭共同發明的CPA技術,讓人類成功創造出迄今為止最短最強的雷射脈衝——使得短雷射脈衝(約10~15秒)的擴大成為可能,使其達到極高的峰值功率,相當於太瓦(10^12瓦)。

它使雷射科學領域產生了空前的革新,該項技術發明可以應用在不同的分支,包括核物理與粒子物理學。其在相關的醫學領域的應用,已經促進了白內障和眼屈光手術的發展,每年數以百萬計的眼科矯正手術所使用的強雷射束,都有它的身影。

光學鑷子

另一位獲獎者,是美國科學家阿瑟·阿什金(Arthur Ashkin)。

1970年,阿瑟·阿什金在貝爾實驗室首次報告了微米級粒子的光學散射。隨後,阿什金團隊開創了今天所稱的「光學鑷子」:他將單束雷射引入高數值孔徑物鏡形成了三維光學勢阱,證明光學勢阱可以無損傷地操縱活體物質——也就說,他可以利用「光學鑷子」抓起活的細菌,而不會對它們造成損傷。

他立即開始了對生物系統的研究,今天光學鑷子被廣泛應用於探索生命的機制。

目前所說的光鑷,即是這樣一種三維全光學勢阱。

光學鑷子在多個領域具有重要用途:

1997年,朱棣文正是因為使用這項技術俘獲原子而獲得諾貝爾物理學獎。

上世紀80年代後期,阿什金首次將該技術應用於生物學,利用它捕獲單個菸草花葉病毒和大腸桿菌。

光學攝子被用於合成生物學,以構建人造細胞的組織樣網絡,並將合成膜融合在一起以啟動生化反應。

2003年,光學攝子技術應用於細胞分類領域,通過在樣品區域上創建大的光強度圖案,可以通過其固有的光學特性對細胞進行分類。

光學攝子也被可以被用於探測細胞骨架,測量生物聚合物的粘彈性,並研究細胞運動性。

2011年,科學家提出了一種生物分子檢測方法,並在2013年進行了實驗證明。

因此,今年諾貝爾物理學獎表彰的發明,給雷射物理學帶來了革命,讓觀察到極其小的東西和極其快的進程成為可能。

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