Ово откриће представља величанствену прилику за развој модерне терапије рака и медицинске дијагностике, које досад нису биле у прилици да користе невероватан потенцијал акцелератора честица због његове високе цене и величине
Фото: Twitter Nobel Assembly
Текст: Марија Вранић
Пола Нобелове награде 2018. године додељено је за развој технике која је омогућила постојање модерних пулсних ласера. Ласери високог интензитета довели су до револуционарног напретка у великом броју научних области – између осталог и у медицини.
Интензитет тих ласера је исти као кад бисмо сву снагу светске електричне мреже претворили у светлост и усмерили је на површину врха ексера. Јасно је да је тако висока снага довољна да спржи све што јој се нађе на путу. То је и био главни изазов: како направити и транспортовати такав ласерски сноп, а да се притом не униште оптички инструменти који контролишу његову путању?
Дона Стрикланд и Жерар Муру осмислили су технику помоћу које је то постало изводљиво. Идеја је заправо прилично једноставна. Јак ласер се добија тако што ласер ниског интензитета прође кроз кристал који га појача. Ако интензитет светлости пређе неку границу, уништиће и сам кристал, зато је максимални интензитет који може да се добије оваквом технологијом ограничен. Њихова генијална идеја била је да се ласерски пулс „рашири“. То значи да укупна количина енергије која пролази кроз кристал остаје иста, али да је распоређена на већем простору. Другим речима, док светлост пролази кроз кристал, локални интензитет је умањен.
Касније, тај „раширени“ пулс може да се врати на почетне димензије коришћењем оптичких инструмената као што су огледала, сочива, решетке итд. Докле год је ласер раширен, не морамо да бринемо о уништењу оптичких инструмената, а кад га скупимо, онда је то једна мајушна, врела лоптица светлости, десет пута мања од дебљине једне власи ваше косе. Приступ овој технологији омогућава веома високу прецизност и данас такви ласери могу да се спакују на величину једног оптичког стола и купе по систему „кључ у руке“.
Али, какве све то везе има са сурфовањем? Па, рекли смо да је ласерски сноп мајушан, а у исто време довољно јак да уништи било који материјал кроз који прође. Шта ће се десити ако га пошаљемо кроз гас? Гас се на први контакт са таквим ласером потпуно јонизује и претвара у плазму. За плазму сте можда чули као четврто стање материје: познати примери у природи су ватра, муња и Сунце.
Плазма се састоји од исте количине позитивно и негативно наелектрисаних честица, тако да је глобално електро-неутрална, али локално може да реагује и „заклони“ јако висока електромагнетна поља. Како су везе између јона и електрона већ раскинуте, плазма не може даље да се уништи пулсним ласером. Уместо тога, ласер у плазми прави мајушне електромагнетне таласе, слично као што брод прави таласе на површини воде док плови. Електрони могу да сурфују на тим таласима и убрзају се до врло високих енергија. Ова технологија користи око хиљаду пута јача поља од конвенционалних акцелератора као што је Велики хадронски сударач честица у ЦЕРН-у, јер су уобичајени акцелератори такође ограничени тиме да не смеју да спрже своје инструменте. То значи да ће будући акцелератори уместо да захтевају изградњу тунела од 30 km, можда моћи да стану у вашу дневну собу или докторску ординацију.
Ово откриће представља величанствену прилику за развој модерне терапије рака и медицинске дијагностике, које досад нису могле масовно да искористе невероватан потенцијал акцелератора честица због њихове високе цене и величине. Интеракције убрзаних честица са ласерима могу да се користе и као извори X-зрака, који су довољно осетљиви и прецизни да помоћу њих можемо да посматрамо молекуларне вибрације или биолошке процесе на нивоу ћелија, као на пример фотосинтезу. Контраст и квалитет слике који може да се постигне на неинвазиван начин довешће сасвим сигурно до праве револуције у медицинској дијагностици, али и у фундаменталним истраживањима биолошких узорака.
Фото: www.nobelprize.org
ЦПА – амплификација ласерског пулса
1. Кратак ласерски пулс
2. Пулс се рашири, што смањује његову максималну снагу
3. Раширен пулс се појачава
4. Већ појачан пулс се враћа на почетне димензије, али сада са много већим интензитетом
Ауторка је истраживач у Групи за ласере и плазму на факултету Instituto Superior Tecnico у Лисабону. Марија је завршила додипломске студије на Физичком факултету у Београду. Дипломски пројекат је радила под менторством проф. Зорана Љ. Петровића у Лабораторији за гасну плазму Института за физику. Докторске студије је завршила у Лисабону, а после је неко време провела на Институту ELI-beamlines у Прагу, који је део паневропског пројекта Extreme Light Infrastructure. Циљ овог пројекта је да произведе ласере десет пута веће снаге од тренутно најјачег ласера на свету, а један од покретача био је Жерар Муру.