Physik, Zitate

Physik Nobelpreis 2018

 

Konkret geht die eine Hälfte des Preises an Arthur Ashkin for the optical tweezers and their application to biological systems. Also die optischen Pinzetten und ihre Anwendung in biologischen Systemen.

Die zweite Hälfte des Preises wird an Gérard Mourou und Donna Strickland vergeben for their method of generating high-intensity,ultra-short optical pulses. Also für ihre Methode der Erzeugung hoch-intensiver, ultra-kurzer optischer Schwingungen.

Um was geht es?

Bei der Arbeit von Arthur Ashkin geht es im Kern um den alten Science fiction – Traum, den Strahlungsdruck* von Licht dafür zu nutzen, Objekte zu bewegen. Er entwickelte eine Methode – sogenannte optische Pinzetten – mit der genau dies möglich ist. Es gelang ihm, Laserlicht so einzusetzen, dass es kleine Partikel in die Mitte des Strahls zog und diese dort fixiert werden konnte. Diese optische Falle nennt man „optische Pinzette“. Mit diesem Werkzeug ist es möglich, Atome, Moleküle und sogar Virusse, Bakterien und andere lebende Zellen festzuhalten. Das Besondere daran ist, dass die Partikel dabei nicht beschädigt werden. Im Jahre 1987 gelang ihm ein riesiger Durchbruch: Ashkin konnte lebende Bakterien festhalten, ohne sie zu beschädigen.

Gérard Mourou und Donna Strickland haben die Laserphysik ebenfalls grundlegend verändert und weiterentwickelt. 1985 veröffentlichten sie einen Artikel, der den Weg zu den kürzersten und stärksten Lasern ebnete, die je gebaut wurden. Den Originalartikel von Mourou und Strickland von 1985 kann man übrigens hier nachlesen: KLICK! Der neue, geniale Ansatz von ihnen war die sogenannte CPA – Technik. CPA steht für „Chirped pulse amplification“, also in etwa „Verstärkung gechirpter Pulse“. Chirpen bedeutet in diesem Zusammenhang ein Signal, dessen Frequenz sich in der Zeit verändert. Die CPA – Methode ist in dieser Grafik ziemlich gut dargestellt:

Zuerst wird ein kurzer Laserpuls im Raum gestreckt, womit sich die Spitzenleistung verringert. Danach wird der Strahl durch einen Verstärker geschickt, womit der Puls deutlich verstärkt wird. Im letzten Schritt wird der Puls wieder zusammengepresst, was die Leistung deutlich erhöht. Damit war es möglich, hoch-intensive, ultra-kurze optischer Laserpulse zu erzeugen.

Wofür kann man das gebrauchen?

Die optischen Pinzetten von Ashkin werden heute vielfach eingesetzt, um Bakterien, Virusse und Zellen zu untersuchen und auch zu kontrollieren oder zu verändern. Das Besondere an seiner Methode ist, dass kleinste Partikel festgehalten und untersucht werden können, ohne sie zu beschädigen. Das hilft beispielsweise dabei, die mechanischen Eigenschaften der DNA oder das Verhalten sogenannter Motorproteine zu beobachten.

Mourous und Stricklands Arbeit wird heute vielfach eingesetzt: Das beste Beispiel sind wohl Augenoperationen, die inzwischen jeden Tag überall auf der Welt durchgeführt werden. Eine der ersten Anwendungen war die Beobachtung von Molekülen und Atomen. Mit CPA kann man sie wie in einem Film beobachten. Vorher war dies nicht möglich, weil die Beobachtungsinstrumente viel zu langsam arbeiteten. Die ultra-scharfen Laser können auch dafür verwendet werden, in verschiedenste Materialien zu schneiden oder Löcher zu bohren. Dabei sind diese Schnitte und Löcher so winzig klein, dass sie kaum Schaden anrichten. Verwendet wird das ebenfalls bei Operationen, aber auch für noch viel effizientere Datenspeichermedien.

Beide Erfindungen, die dieses Jahr mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet werden, haben die Laserphysik revolutioniert. Nicht nur die Physik selbst profitiert davon, sondern auch die Chemie, Biologie und insbesondere Medizin kam dadurch zu deutlich feineren Messinstrumenten. Bei der Bekanntgabe im Oktober wurde betont, dass diese Entdeckungen ein Paradebeispiel dafür seien, wie sich Grundlagenforschung in das praktische Leben vieler Menschen schiebt – von den meisten vollkommen unbemerkt.

Wer wird ausgezeichnet?
Arthur Ashkin wurde 1922 in New York, USA, geboren. Seine Promotion schloss er 1952 an der Cornell University in Ithaca, USA, ab. Diese größere Lücke entstand, weil er während des Krieges (1942 – 46) am MIT als Radartechniker arbeitete. Der Experimentalphysiker ist mit seinen 96 Jahren der älteste Mensch, der je einen Nobelpreis erhielt. Wer bis zu diesem Jahr diesen Rekord hielt, erfahrt in HIER. Er ist Ehrenmitglied der Optical Society of America und Fellow der American Association for the Advancement of Science und der American Physical Society. Eine schöne Anekdote von der Bekanntgabe: Als Ashkin seinen Anruf erhielt, dass er diesjähriger Preisträger ist, hat er wohl gesagt, er hätte keine Zeit für Interviews, weil er an einem wichtigen Paper arbeiten würde.

Gérard Mourou, kurz nachderm er den berühmten Anruf bekam – Credit: Mme Catherine Sarrazin

Gérard Mourou wurde 1944 in Albertville, Frankreich, geboren und seine Promotion schloss er 1973 ab. In den 80er Jahren arbeitete er an der University of Rochester, wo er mit seiner Doktorandin Donna Strickland die Grundlagen für den diesjährigen Nobelpreis legte. Er ist Direktor des Labors für Angewandte Optik (Laboratoire d’Optique Appliquée, LOA) der École polytechnique, der ParisTech und des Centre national de la recherche scientifique (CNRS) in Palaiseau und Direktor des International Center for Zetta-Exawatt Science and Technology (IZEST) an der École Polytechnique.

Donna Strickland erhält den berühmten Anruf – man beachte das tolle Telefon…

Donna Strickland wurde 1959 in Guelph, Kanada, geboren. Ihre Promotion schloss sie 1989 an der University of Rochester, USA, ab. Der Artikel, den ich oben bereits verlinkt hatte, war die Grundlage für Stricklands Doktorarbeit und für sie damals die erste wissenschaftliche Veröffentlichung überhaupt. Nach Marie Curie und Maria Goeppert-Mayer ist sie erst die dritte Frau, die den Nobelpreis für Physik bekommen wird. Seit 2007 ist sie stellvertretende Vorsitzende (Associate Chair) der Physikabteilung der University of Waterloo.

“We need to celebrate women physicists because they’re out there… I’m honoured to be one of those women.“ Donna Strickland.

„I don’t think, I have done something practical. I’m just researching.“ – Interview mit Strickland, 2.10.2018

 

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* Strahlungsdruck ist der Druck, der durch absorbierte, emittierte oder reflektierte elektromagnetische Strahlung aus einer fläche wirkt.

Quellen: Bekanntgabe des Physik Nobelpreises vom Oktober 2018
Press release
Popular science background

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