otkrića

Kakve veze laseri imaju sa surfovanjem?

Ovo otkriće predstavlja veličanstvenu priliku za razvoj moderne terapije raka i medicinske dijagnostike, koje dosad nisu bile u prilici da koriste neverovatan potencijal akceleratora čestica zbog njegove visoke cene i veličine

Foto: Twitter Nobel Assembly

Tekst: Marija Vranić

Pola Nobelove nagrade 2018. godine dodeljeno je za razvoj tehnike koja je omogućila postojanje modernih pulsnih lasera. Laseri visokog intenziteta doveli su do revolucionarnog napretka u velikom broju naučnih oblasti – između ostalog i u medicini.

Intenzitet tih lasera je isti kao kad bismo svu snagu svetske električne mreže pretvorili u svetlost i usmerili je na površinu vrha eksera. Jasno je da je tako visoka snaga dovoljna da sprži sve što joj se nađe na putu. To je i bio glavni izazov: kako napraviti i transportovati takav laserski snop, a da se pritom ne unište optički instrumenti koji kontrolišu njegovu putanju?

Dona Strikland i Žerar Muru osmislili su tehniku pomoću koje je to postalo izvodljivo. Ideja je zapravo prilično jednostavna. Jak laser se dobija tako što laser niskog intenziteta prođe kroz kristal koji ga pojača. Ako intenzitet svetlosti pređe neku granicu, uništiće i sam kristal, zato je maksimalni intenzitet koji može da se dobije ovakvom tehnologijom ograničen. Njihova genijalna ideja bila je da se laserski puls „raširi“. To znači da ukupna količina energije koja prolazi kroz kristal ostaje ista, ali da je raspoređena na većem prostoru. Drugim rečima, dok svetlost prolazi kroz kristal, lokalni intenzitet je umanjen.

Kasnije, taj „rašireni“ puls može da se vrati na početne dimenzije korišćenjem optičkih instrumenata kao što su ogledala, sočiva, rešetke itd. Dokle god je laser raširen, ne moramo da brinemo o uništenju optičkih instrumenata, a kad ga skupimo, onda je to jedna majušna, vrela loptica svetlosti, deset puta manja od debljine jedne vlasi vaše kose. Pristup ovoj tehnologiji omogućava veoma visoku preciznost i danas takvi laseri mogu da se spakuju na veličinu jednog optičkog stola i kupe po sistemu „ključ u ruke“.

Ali, kakve sve to veze ima sa surfovanjem? Pa, rekli smo da je laserski snop majušan, a u isto vreme dovoljno jak da uništi bilo koji materijal kroz koji prođe. Šta će se desiti ako ga pošaljemo kroz gas? Gas se na prvi kontakt sa takvim laserom potpuno jonizuje i pretvara u plazmu. Za plazmu ste možda čuli kao četvrto stanje materije: poznati primeri u prirodi su vatra, munja i Sunce.

Plazma se sastoji od iste količine pozitivno i negativno naelektrisanih čestica, tako da je globalno elektro-neutralna, ali lokalno može da reaguje i „zakloni“ jako visoka elektromagnetna polja. Kako su veze između jona i elektrona već raskinute, plazma ne može dalje da se uništi pulsnim laserom. Umesto toga, laser u plazmi pravi majušne elektromagnetne talase, slično kao što brod pravi talase na površini vode dok plovi. Elektroni mogu da surfuju na tim talasima i ubrzaju se do vrlo visokih energija. Ova tehnologija koristi oko hiljadu puta jača polja od konvencionalnih akceleratora kao što je Veliki hadronski sudarač čestica u CERN-u, jer su uobičajeni akceleratori takođe ograničeni time da ne smeju da sprže svoje instrumente. To znači da će budući akceleratori umesto da zahtevaju izgradnju tunela od 30 km, možda moći da stanu u vašu dnevnu sobu ili doktorsku ordinaciju.

Ovo otkriće predstavlja veličanstvenu priliku za razvoj moderne terapije raka i medicinske dijagnostike, koje dosad nisu mogle masovno da iskoriste neverovatan potencijal akceleratora čestica zbog njihove visoke cene i veličine. Interakcije ubrzanih čestica sa laserima mogu da se koriste i kao izvori X-zraka, koji su dovoljno osetljivi i precizni da pomoću njih možemo da posmatramo molekularne vibracije ili biološke procese na nivou ćelija, kao na primer fotosintezu. Kontrast i kvalitet slike koji može da se postigne na neinvazivan način dovešće sasvim sigurno do prave revolucije u medicinskoj dijagnostici, ali i u fundamentalnim istraživanjima bioloških uzoraka.

Foto: www.nobelprize.org

CPA – amplifikacija laserskog pulsa

1. Kratak laserski puls

2. Puls se raširi, što smanjuje njegovu maksimalnu snagu

3. Raširen puls se pojačava

4. Već pojačan puls se vraća na početne dimenzije, ali sada sa mnogo većim intenzitetom

 

Autorka je istraživač u Grupi za lasere i plazmu na fakultetu Instituto Superior Tecnico u Lisabonu. Marija je završila dodiplomske studije na Fizičkom fakultetu u Beogradu. Diplomski projekat je radila pod mentorstvom prof. Zorana LJ. Petrovića u Laboratoriji za gasnu plazmu Instituta za fiziku. Doktorske studije je završila u Lisabonu, a posle je neko vreme provela na Institutu ELI-beamlines  u Pragu, koji je deo panevropskog projekta Extreme Light Infrastructure. Cilj ovog projekta je da proizvede lasere deset puta veće snage od trenutno najjačeg lasera na svetu, a jedan od pokretača bio je Žerar Muru.

 

OTKRIĆA

Svakoga dana se u svetu objavi više hiljada novih otkrića. Koja od njih su zaista bitna? Koja menjaju naučnu paradigmu? I kako razumeti šta se zapravo dešava na naučnim frontovima?

Istražite tekstove iz rubrike OTKRIĆA.

Istražite druge tekstove:


Grb Republike Srbije
ecsite nsta eusea astc

CPN
Ulica kralja Petra 46
11000 Beograd
Republika Srbija
+381 11 24 00 260
centar@cpn.rs