2018年Arthur Ashkin在光学镊子上做了开创性的工作而获物理学诺奖。这种利用光来捕捉和操纵微小物体的方法改变了我们研究微观生命的方式。
但是光怎么能用来移动物质呢?光携带的能量是我们星球上生命的基础。除了能量之外,光束也有一个动量,称为辐射压力。这意味着,如果我用一束激光照射你,除了让你变得热,它还会有一个推你的很小的力。
用这种力量来举起像苹果一样大的东西几乎是不可能的。所需的激光功率将达到很多兆瓦,可能足以使苹果在离地之前蒸发。
早在1970年,Ashkin(在世界著名贝尔电话实验室工作)开始研究如何利用辐射压力来加速和捕获单个粒子。在接下来的15年里,他改进了自己的想法,使激光系统变得更加复杂,随着时间的推移。
1986年,他与朱棣文(他后来因在捕获原子方面的工作而获得了1997年的诺贝尔物理学奖,并最终成为美国能源部长)合作,发表了关于我们现在称之为光学镊子的开创性论文。
在该文中,Ashkin表明,如果激光束用显微镜非常紧密地聚焦,那么,与其用辐射压力推开物体,它会反直觉地吸引粒子朝向它。然后,当激光束移动时,粒子会跟随它,一直保持在光束的焦点上。
从那时起,光学镊子已经被许多物理学家和工程师使用,他们已经扩展了该技术,使得它能够同时捕获许多粒子,甚至将镊子转换成使物体旋转的光学扳手。
也许光学镊子的最大影响是生物物理学。光镊可以用来从感染的细胞中分检健康细胞,或者识别那些可能癌变的细胞。也可以使用光学镊子来测量被捕获物体的微小运动(相当于直径的几个原子)和相似的微小力。
把光学镊子从操纵工具变成测量装置已经允许生物学家研究负责生物世界中运动的单个分子马达的工作原理。这种马达在分子内传输化学物质,允许细胞游泳,当共同行动时,允许整个生物移动。
These Nobel Prize-winning optical tweezers use light to move stuff
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