Giải thưởng Nobel Vật lý 2019: Chùm tia laser cực kỳ chính xác và những tác động đáng kinh ngạc của nó
Lịch sử khoa học luôn ghi nhận những bước ngoặt, những phát minh đột phá thay đổi bộ mặt thế giới. Trong số đó, sự ra đời của laser là một trong những thành tựu vĩ đại nhất của thế kỷ 20. Cỗ máy tạo ra chùm tia sáng đơn sắc, hội tụ và có cường độ cao này đã mang đến vô vàn ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y học, công nghiệp, viễn thông và quân sự. Năm 2019, Giải Nobel Vật lý đã được trao cho ba nhà khoa học người Canada: Donna Strickland, Gérard Mourou và Arthur Ashkin vì những đóng góp của họ vào việc phát triển công nghệ laser tia cực ngắn (femtosecond laser)
Donna Strickland là một trong số ít phụ nữ từng được nhận giải thưởng danh giá này. Bà sinh năm 1959 tại Guelph, Ontario, Canada. Strickland đã theo đuổi ngành vật lý học tại Đại học McMaster và sau đó tiếp tục nghiên cứu ở Đại học Rochester. Tại đây, bà đã làm việc với Gérard Mourou, một nhà khoa học lỗi lạc về laser.
Cùng nhau, họ đã đạt được bước đột phá với việc phát triển kỹ thuật khuếch đại laser tia cực ngắn vào năm 1985. Kỹ thuật này cho phép tạo ra các xung laser có thời gian cực kỳ ngắn, chỉ trong vài femto giây (1 femto giây bằng 10^-15 giây). Sự chính xác phi thường của laser femtosecond đã mở ra một kỷ nguyên mới trong ngành khoa học và công nghệ.
Vậy tại sao laser tia cực ngắn lại quan trọng đến vậy?
Hãy tưởng tượng bạn đang cố gắng sử dụng một chiếc búa để chạm khắc một tác phẩm điêu khắc tinh tế. Điều này sẽ là vô cùng khó khăn và có thể dẫn đến kết quả không như mong muốn. Ngược lại, nếu bạn sử dụng một công cụ chính xác hơn, chẳng hạn như dao khắc nhỏ, bạn sẽ có thể tạo ra những đường nét tinh xảo và chi tiết hơn. Laser femtosecond cũng tương tự như vậy.
Nó cho phép các nhà khoa học “chạm khắc” vật liệu với độ chính xác cực kỳ cao, mở ra vô số khả năng ứng dụng:
- Y tế: Laser femtosecond được sử dụng trong phẫu thuật mắt LASIK để sửa chữa thị力 defecto
- Công nghiệp: Laser này có thể khắc các chi tiết nhỏ trên bề mặt kim loại, gốm sứ và vật liệu khác
- Nghiên cứu khoa học: Laser femtosecond cho phép các nhà khoa học theo dõi và điều khiển các quá trình diễn ra trong thời gian cực ngắn
Những tác động của laser tia cực ngắn: Một cuộc cách mạng thầm lặng
Sự phát triển của laser tia cực ngắn không chỉ là một thành tựu khoa học đơn thuần mà còn là một cuộc cách mạng trong nhiều lĩnh vực.
| Lĩnh vực | Ứng dụng laser femtosecond | Tác động |
|---|---|---|
| Y tế | Phẫu thuật LASIK, loại bỏ khối u | Cải thiện chất lượng sống của bệnh nhân |
| Công nghiệp | Khắc laser, gia công kim loại | Tăng hiệu suất sản xuất, tạo ra các sản phẩm tinh xảo hơn |
| Nghiên cứu khoa học | Nghiên cứu động học phân tử, chụp ảnh thời gian thực | Mở ra những cánh cửa mới cho sự hiểu biết về thế giới tự nhiên |
Arthur Ashkin, nhà vật lý người Mỹ đã được trao giải Nobel Vật lý cùng Strickland và Mourou. Ông nổi tiếng với công trình nghiên cứu về “bẫy quang học” (optical tweezer), một công cụ sử dụng laser để bắt giữ và di chuyển các hạt nhỏ như vi khuẩn hoặc tế bào. Công nghệ này có tiềm năng ứng dụng lớn trong y học, sinh học và thậm chí là trong việc tạo ra các thiết bị nano mới.
Năm 2019 được ghi nhận là năm của laser với việc ba nhà khoa học lỗi lạc đã được vinh danh vì những đóng góp đột phá của họ vào lĩnh vực này. Laser tia cực ngắn và bẫy quang học đã mở ra một kỷ nguyên mới, mang đến vô số khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Từ phẫu thuật mắt LASIK đến nghiên cứu khoa học về động học phân tử, laser đã thay đổi bộ mặt của thế giới và hứa hẹn sẽ tiếp tục mang lại những tiến bộ phi thường trong tương lai.