كان لليزر الحصّة الأكبر في جائزة نوبل لهذا العالم، فقد أظهر هذا العام قوة الليزرعلى التحكّم بالأشياء من الناحية المكانية والزمنية. فاز آرثر آشكين بنصف الجائزة عن اختراعه لملاقط بصرية تسمح بالتحكّم بالجسيمات والخلايا الصغيرة باستخدام الضوء. تقاسمت النصف الآخر من الجائزة كلًّا من جيرار مورو و دونا ستريكلاند حيث قامتا بتطوير تقنيات لتوليد نبضات ليزرعالية الكثافة تستطيع تحفيز الهدف بزمن يقدّر بالفيمتو ثانية .
كانت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1964 عن اختراع الليزر. أصبح أشكين والذي كان يعمل في شركة بيل لابوراتوريز في نيو جيرسي بعد ذلك مهتمًا بتطبيق أشعة الليزر المكثف لنقل الأجسام الصغيرة مباشرةً باستخدام حقل الضوء بدلًا من بعض التأثيرات الحرارية. كان هذا الضوء معروفًا منذ فترة طويلة بقدرته على خلق ضغط إشعاعي على الأجسام ولكنه كان صغيرًا جدًا ولا يمكن ملاحظته.
أجرى آشكين سلسلة من التجارب على كريات اللاتكس العالقة في الماء داخل خلية زجاجية وعلى نطاق الميكروميتر. ركز آشكين ليزر الأرجون على الخلية ولاحظ أن الكريات قد تمّ دفعها بعيدًا كما هو متوقع من نماذج الضغط الإشعاعي. لاحظ آشكين أيضًا أن الكرات قد حوصرت على طول محور الشعاع. ذكر آشكين أنّ هذا الحصار ناتج عن الاختلاف المكاني أو التدرج في شدة الحزمة. ينحني الشعاع الضوئي عند مروره عبر كرة اللاتكس بسبب الانكسار ويترك الكرة بزاوية معيّنة. يتسبب هذا الانحراف في ارتداد الكرة. يكون الارتداد الناتج من جميع الأشعة التي تمر عبر الكرة صفراً، وتكون النتيجة هي السحب نحو المحور المركزي لأن مركز الحزمة أكثر كثافة من المحيط الخارجي.
قام أشكين وآخرين بتجربة أنظمة بصرية مختلفة يمكنها حبس أجسام مجهرية بالإضافة إلى الذرات والجزيئات. طور آشكين وزملاؤه مصيدة بصرية أحادية الحزمة وهو إكتشاف مهمّ تم تسميته لاحقًا باسم "ملاقط بصرية" في عام 1986. يتم تركيز هذه الحزمة بشكل كبير بحيث تنتج قوة متدرجة توازن بين ضغط الإشعاع.
جرّب آشكين ومساعدوه استخدامات للملاقط البصرية في علم الأحياء في السنوات اللاحقة. أظهر البحث أنّه يمكن احتجاز الفيروسات والخلايا الحية والمكونات دون الخلوية والتعامل معها. أظهرت أعمال لاحقة من قبل مجموعات أخرى أنه يمكن استخدام الملاقط البصرية لدراسة الجزيئات. تم ربط الجزيء المستهدف بالكريات أو أي جزيء آخر يمكن التلاعب به بواسطة ملاقط بصرية في هذه التجارب. استخدم الباحثون هذه التقنية لقياس القوى الصغيرة التي تمارسها المحركات الجزيئية كالقوى المسببة لتقلص العضلات وكذلك الخصائص المرنة لجزيئات الحمض النووي على سبيل المثال.
عملت عالمة الأحياء كارين شوتزي مع آشكين على تجارب الملقط البصري لقياس القوى الحركية الجزيئية في الخلايا الحية. شاركت شوتزي بعد ذلك في تأسيس شركة تسمى CellTool والتي تُنشئ أجهزة سهلة الاستخدام تجمع بين تقنية الملاقط البصريّة مع التحليل الطيفي لكشف السرطان بالإضافة لتقنيّات أخرى.وتقول شوتزي: "يعتمد عملنا على اختراعات آرت أشكين". عمل ستيفن تشو من جامعة ستانفورد في كاليفورنيا والذي كان قد حصل على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1997 على تبريد وحصار الذرة مع أشكن عندما كان الاثنان في مختبر بيل. يقول تشو: "كان تأثير الملقط البصري في المجال البيولوجي كبيرًا للغاية.".يضيف تشو: "أنا سعيد جدًا لأنّ هذا الاختراع قد حصل على التقدير الذي يستحقه."
ركّز الجزء الثاني من جائزة نوبل على فائدة أشعة الليزرفي تزويد الأشياء بالطّاقة باستخدام انفجار سريع. لم تنجح الجهود المبكرة لزيادة القدرة الموجودة في نبضات الليزر فائقة القصر لأنّ زيادة حجم هذه النبضات سيعرض الأجهزة البصرية لمستويات ضارة من شدة الضوء. يُطلق على الطريقة المبتكرة التي طورتها كلًّا من مورو وستريكلاند أثناء العمل في جامعة روشستر في نيويورك خلال فترة الثمانينيات تقنيّة "تضخيم النبضة المزقزقة "CPA". تتضمّن هذه التقنيّة تمديد وقت النبضة ثم تضخيمها ثم ضغطها مرة أخرى إلى مدتها الزمنيّة الأصلية. تبقى الكثافة تحت المستوى المطلوب حتى نصل لخطوة الضغط النهائية نظرًا لأن التضخيم يحدث عندما يتم تمديد النبضة.
أنتجت مورو وستريكلاند نبضات بيكو ثانية (10−1210−12 ثانية) نتج عنها 109109 واط. نتج عن التطوّرات اللاحقة تحسينات أكثر ب 1000 مرة وزادت الفترات إلى الفمتوثانية والطاقة للتيوتاواط. أتاحت الزيادة الكبيرة في القوة المتوفّرة باستخدام تضخيم النبضة المزقزقة عددًا لا يحصى من التطبيقات في الكيمياء والصناعة والطب. يقول خبير الليزر ساندرو دي سيلفستري من جامعة البوليتكنيك في ميلانو:"أتاح هذا الاختراع تطويرات فيما يتعلق بالعلوم الأساسية في الفيزياء وعلم الأتوثانية ، كما سمح للباحثين باختبار فكرة تسريع البلازما باستخدام الليزر مع الإلكترونات والأيونات". تستمر مستويات القوة التي توفّرها هذه التقنيّة بالإزدياد. هناك الآن حوالي 50 منشأة ليزر بقوّة البيتاواط والتي دخلت مجال العمل أو لا تزال قيد التطوير في جميع أنحاء العالم مع وجود خطط مستمرّة لتطوير تكنولوجيا الليز.
المصدر