جائزة نوبل في الفيزياء لثلاثة باحثين لإنجازاتهم المهمة في الفيزياء البصرية

بقلم: د. موشيه نحماني ونوعام شاي. منحت جائزة نوبل في الفيزياء هذا العام إلى آرثر أشكين، وجيرارد مورو، ودونا ستريكلاند لإنجازاتهم المهمة في الفيزياء البصرية. ومنحت الجائزة لآرثر لاختراعه "الملاقط البصرية" واستخداماتها في علم الأحياء. بالنسبة لجيرارد ودونا، مُنحت الجائزة لإنشاء نبضات ليزر قوية وسريعة. وهذا هو الفوز الثالث لامرأة في الفيزياء خلال 120 عامًا 

منحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2018 لثلاثة باحثين يعملون في مجال الأدوات البصرية وتطبيقاتها: نصف الجائزة منحت للأمريكي آرثر أشكين من الولايات المتحدة الأمريكية لتطويره جهاز ليزر عالي التركيز أطلق عليه اسم "الملاقط الضوئية". والتي تنمو لها تطبيقات ذات أهمية خاصة في مجالات الفيزياء والكيمياء وحتى علم الأحياء؛ أما النصف الثاني من الجائزة فسيتقاسمه الباحث جيرارد مورو من فرنسا والباحثة دونا ستريكتلاند من كندا، لتطوير طريقة لاستقبال نبضات ضوئية قوية للغاية تستخدم في تطبيقات متنوعة في مجالات العلوم المختلفة.

الاكتشاف الذي فاز بجائزة نوبل هذا العام غيّر وجه الفيزياء البصرية. الكائنات الصغيرة والعمليات السريعة تحصل على مظهر جديد. وقد مكّن الاختراع من اكتشاف العديد من الاكتشافات في الكيمياء والبيولوجيا وسرّع الأبحاث في هذا المجال.

اخترع أشكين الملقط البصري الذي يتيح نقل الجزيئات والذرات والخلايا والأجسام الصغيرة الأخرى باستخدام أشعة الليزر. لقد فتح آرثر نافذة على حلم العديد من الباحثين، وأوصل الخيال العلمي إلى الواقع المعاصر. باستخدام الضغط البصري من الممكن تحريك الأشياء الصغيرة من مكان إلى آخر.
تم نشر اكتشاف مهم آخر في عام 1987 عندما كشف آشكين لأول مرة عن طريقة جعلت من الممكن نقل البكتيريا من مكانها بدقة دون تدميرها. اليوم يتم دمج الملقط البصري في كل مختبر بيولوجي تقريبًا.

رسم جيرارد مورو ودونا ستيركلاند الطريق إلى أشعة الليزر القوية في بحث نشر عام 1985، عندما كانا لا يزالان طالبي دكتوراه. لقد تمكنوا من إظهار طريقة لتسليط نبضات ليزر سريعة وقوية دون تدمير المادة المستهدفة. كلما كانت النبضة أقصر وأسرع في الوقت المناسب، زادت الطاقة التي تحتوي عليها. إن الطريقة التي اخترعواها، أو باسمها المهني CPA، تنقذ الأرواح حقًا. في هذه الأيام، يستخدم جراحو العيون حول العالم أجهزة تعتمد على CPA لإجراء العمليات على ملايين الأشخاص.

وتجدر الإشارة إلى أن هذه هي الجائزة الثالثة التي تمنح لامرأة في الفيزياء، وقد مر حوالي 50 عامًا على آخر جائزة.

أدوات مصنوعة من الضوء

آرثر أشكين اخترع (آرثر أشكين) ملاقط بصرية تمكن من الإمساك بالجزيئات والذرات والفيروسات والخلايا البيولوجية بمساعدة "أصابع" مصنوعة من شعاع الليزر. أتاحت هذه الأداة الجديدة لأشكين تحقيق حلم قديم معروف في مجال الخيال العلمي، وهو استخدام الضغط الإشعاعي للضوء لتحريك الأجسام الحقيقية. لقد كان قادرًا على جعل شعاع الليزر يحرك الجزيئات الصغيرة نحو مركز الشعاع ويحتفظ بها هناك. في هذه اللحظة تم اختراع الملقط البصري.

حدث تقدم كبير في هذا المجال في عام 1987، عندما استخدم أشكين ملقطًا لالتقاط البكتيريا الحية دون الإضرار بها. وبعد ذلك مباشرة، بدأ بدراسة استخدام هذه الملقطات البصرية في الأنظمة البيولوجية، وهي تستخدم اليوم لدراسة أبسط آليات الحياة.

جيرارد مورو (جيرارد مورو) ودونا ستريكتلاند مهدت (دونا ستريكلاند) الطريق لإنشاء أقصر وأقوى نبضات ليزر صنعها الإنسان. نُشرت مقالتهم الرائدة في عام 1985 وشكلت أساس أطروحة الدكتوراه للباحث ستريكتلاند.

وباستخدام نهج مبتكر، تمكن الباحثون من إنشاء نبضات ليزر قصيرة للغاية وعالية الكثافة دون تدمير المادة المضخمة. في المرحلة الأولى، قاموا "بتمديد" نبضات الليزر في البعد الزمني من أجل تقليل شدتها القصوى، ثم قاموا بزيادتها، وفي المرحلة النهائية قاموا بضغطها. إذا تم ضغط نبضة الليزر في البعد الزمني وأصبحت أقصر، فسيتم تخزين كمية أكبر من الضوء معًا في نفس المساحة الصغيرة - تزداد شدة النبضة بشكل ملحوظ.

الطريقة المبتكرة للباحثين مورو وستريكتلاند، والتي تسمى "تضخيم النبضة المغرد" (CPA)، سرعان ما أصبحت الطريقة الأكثر شيوعًا لاستقبال أشعة الليزر عالية الطاقة. وتشمل استخداماته، من بين أمور أخرى، الملايين من جراحات العين التصحيحية التي يتم إجراؤها كل عام باستخدام أشعة الليزر الأكثر حدة المتوفرة حاليًا.

لم يتم حتى الآن استكشاف مجالات لا حصر لها من تطبيقات الاكتشافات التي منحت جائزة نوبل في الفيزياء عنها هذا العام بشكل كامل. ومع ذلك، حتى الآن، تسمح لنا هذه الاختراعات الشهيرة بالتحرك في أصغر عالم صغير، وذلك في ضوء رؤية ألفريد نوبل - لصالح البشرية جمعاء.