Эшкин, Мору ва Стрикланд нега физика бўйича Нобель олди?

2 октябрь куни 2018 йил учун физика бўйича Нобель мукофоти совриндорлари эълон қилинди. Жорий йилда Америкалик Артур Ашкин, франциялик Жерар Мору ва канадалик Донна Стрикландлар ушбу юксак мукофотга муносиб кўрилди.

Уларнинг кашфиётлари, фанга қўшган ҳиссалари нимадан иборат? Ўзбекистонлик астрофизик олим Пўлат Тожимуродов “Turon24” учун тайёрлаган мақоласида шу ва бошқа саволларга жавоб берди.


Физика бўйича мактаб курсидан биламизки, ёруғлик электромагнит тўлқинидир. Бошқа тўлқин сингари, ёруғликни ҳам тўлқин узунлиги — қўшни дўнгликлар ўртасидаги масофа билан тавсифлаш мумкин. Кўзга ташланадиган ёруғлик тўлқинларининг турли узунлилари биз томонимиздан бошқа-бошқа ранглар сифатида қабул қилинади.

Ҳар қандай табиий манбадан чиқаётган ёруғлик турли узунликдаги тўлқинлар аралашмасидир. Монохроматик нурланиш (яъни фақат бир узунликдаги тўлқинлардан иборат нурланиш) олиш узоқ вақт имконсиз бўлиб қолаётган эди. Фақатгина XX асрнинг 50-60-йилларида биринчи ҳақиқий монохроматик ёруғлик манбалари — лазерлар яратилди.

Квант механикасига биноан, боғлиқ зарралар, хусусан, кристаллардаги атомлар қатъий белгиланган энергия қийматларига эга бўлиши мумкин ёки, физиклар таъбири билан айтганда, муайян энергетик сатҳларда бўлади. Атом биринчи, иккинчи, учинчи сатҳда бўлиши мумкин, аммо иккинчи ва учинчи сатҳ орасида “осилиб” қолмайди — табиат қонунлари бунга йўл қўймайди.

Атомлар томонидан ютилганида ёки нурланиш чоғида ёруғлик ўзини энергияси тўлқинлари узунлигига боғлиқ бўлган алоҳида зарралар — фотонлардан иборатдай тутади. Атом фотонни ютганида, у энергияси юқорироқ бўлган сатҳга чиқади.

Аммо бу нарса рўй бериши учун фотон энергияси сатҳлар орасидаги фарққа тенг бўлиши лозим, яъни атом фақат маълум узунликдаги тўлқинлардан иборат ёруғликни юта олади. Бу жараёндан сўнг кўп вақт ўтмай атом фотонни тасодифий йўналишга чиқариб юборади ва асосий сатҳга қайтади.

1916 йили Альберт Эйнштейн маълум узунликдаги тўлқин фотонини ютган атом ўша узунликдаги тўлқин фотони билан ёритилса, атом шу заҳотиёқ олдинроқ ютилган фотонни унга тушаётган иккинчи фотон йўналишида чиқариб юборишини назарий йўл билан башорат қилган эди. Яъни, бир хил узунликдаги тўлқинга эга икки фотонни тўплаб, бир пайтнинг ўзида бир йўналишда чиқариб юбориш — ёруғликни кучайтириб, уни вақт бўйича “сиқиш” имконияти туғилади. Бу жараён кўп маротаба такрорланганда эса юқори қувватга эга ҳақиқий монохроматик ёруғликнинг ингичка дастасини олиш мумкин. Мажбурий нурланиш деб аталган бу жараённинг тўлиқ квант-механик асоси Поль Дирак томонидан 1927-1930 йили келтирилган.

Бу жараённи амалга оширувчи ускуна 1954 йили Чарльз Таунс томонидан яратилди. Ускуна микротўлқинли диапазонда ишларди. У мазер (ингл. Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation — мажбурий нурланиш йўли билан микротўлқинларнинг кучайтирилиши) деб аталди.

Бу ихтиро учун Таунс совет физиклари Николай Басов ва Александр Прохоровлар билан биргаликда 1964 йили физика бўйича Нобель мукофотини олган эди.

1960 йили Теодор Майман мазернинг кўринадиган ёруғлик билан ишлайдиган муқобилини — лазерни (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) қурди.

Лазернинг энг оддий варианти қуйидагича ишлайди: Ёруғлик нури ойнали камерада (резонаторда) жойлашган фаол муҳитга (кристалл ёки бўёқ модда эритмасига) юборилади. Фаол муҳитдан ўтиш чоғида ёруғликнинг бир қисми ютилади, муҳит атомлари юқори сатҳга ўтади. Ўтказилган ёруғлик ойнадан қайтади, фаол муҳитга тушади ва олдинроқ ютилган фотонларнинг мажбурий нурланишини келтириб чиқаради. Иккинчи ойнадан қайтган ёруғлик ташқаридан олиб келинган ёруғликнинг янги порцияси билан яна фаол муҳитга тушади. Бу жараён кўп маротаба такрорланади, керакли энергия тўпланганидан сўнг ёруғлик камерадан катта қувватли импульс кўринишида чиқариб юборилади.

Лазер нурланиш энергиясини кўп маротаба кучайтириш имкониятини беришига қарамай, бу кучайишнинг чегараси бор — маълум энергия ҳажмида фаол муҳит бузилади.

1985 йили Донна Стрикланд ва унинг раҳбари Жерар Мору ультрақисқа юқори қувватли лазер импульсларини яратиш техникасини кашф қилишди. Махсус ускуна ёрдамида улар ёруғлик импульсини вақт бўйича узайтиришди, бунинг натижасида унинг қуввати пасайди, сўнг у фаол муҳитда кучайтирилиб, қуввати оширилган ҳолда яна вақт бўйича сиқиб қўйилди. Бу улкан қувватга эга минг баробар қисқароқ импульслар (давомийлиги — фемтосекунд атрофида) олиш имконини берди. Бизнинг замонимизда ультрақисқа лазер импульслари кўз лазерли коррекциясида ҳамда компакт-дискларга ахборот ёзишда (импульслар қанча қисқа бўлса, дискка шунча катта ҳажмда ахборот ёзиш мумкин) ишлатилади.

1900 йили россиялик физик Пётр Лебедев тажриба йўли билан ёруғлик босим келтириб чиқаришини исботлади. Бу ёруғликдан механик иш бажаришда фойдаланиш, яъни ёруғликни ҳаракатга айлантириш мумкинлигини кўрсатарди. Буни узоқ вақт амалиётга татбиқ этиб бўлмади, шунга қарамай, бу нарса илмий фантастикада фаол қўлланарди — фантастик фильмларда “учар ликопчалар” турли жисмларни нур ёрдамида тортиб олишини эслаш кифоя.

1970 йили Артур Эшкин лазердан фойдаланганда нурланиш босими эффектини амалиётда ишлатиш мумкинлигини кўрсатди — у унча катта бўлмаган диэлектрик зарраларни фокусланган лазер нурлари ёрдамида ҳаракатлантира олди. Бундан ташқари, Эшкин лазер нурининг марказида қувват каттароқ бўлгани туфайли зарралар марказга кўчишига эътибор берди. Бу унга зарралар учун ўзига хос лазер “тузоғи”ни яратиш имконини берди; унинг ёрдамида микроскопик зарраларни ушлаб туриш ва ҳаракатлантириш мумкин эди. Кейинроқ бу ихтиро оптик пинцет номи билан машҳур бўлди.

Даставвал оптик пинцет атомларни бошқаришга мўлжалланган эди, аммо кейинчалик унинг ёрдамида тирик ҳужайралар ва вирусларни уларга зарар бермаган ҳолда ушлаб туриш мумкинлиги аниқланди. Ҳозирда лазер пинцет биотиббий тажрибалардаги асосий буюмлардан бирига айланди.

2 октябрь куни Эшкин, Стрикланд ва Мору физика бўйича Нобель мукофотига лойиқ кўрилди. Мукофотнинг ярми Эшкинга насиб қилган, қолган ярмини Стрикланд ва Мору бўлиб олишади.

Яна бир қизиқ факт – Донна Стрикланд физика бўйича Нобель мукофотини олган учинчи аёл. Унга қадар бу шарафга Мария Кюри (1903) ва Мария Гопперт-Майер (1963) сазовор бўлган эди.

1 295
Манба api.uz