他们操控光之力 把它制成最精准的工具

　　北京时间10月2日17时53分许，2018年诺贝尔物理学奖揭晓。

　　浙江在线10月3日讯（浙江在线记者 陈伟斌 章咪佳）发明“光学镊子”的美国物理学家阿瑟·阿什金，以及开创了啁啾（音zhōu jiū）脉冲放大技术的唐娜·斯特里克兰、 热拉尔·穆鲁共同分享该奖项，以表彰他们在激光物理研究领域的突破性发明，三人将共享900万瑞典克朗（约折合人民币686万元）。

　　虽然这两项技术算不上闻名遐迩，但在各自专业领域，它们都已经是科学家非常依赖的工具了。

　　相隔55年

　　女科学家第三次拿下物理学奖

　　此次获奖的美国科学家阿瑟·阿什金，出生于1922年，现年96岁的他，成为史上最年长的物理学奖获奖者。

　　1970年，阿什金在贝尔实验室首次报告了微米级粒子的光学散射，随后在1986年发明了被称为“光学镊子”的技术。此外，他还开创了光学俘获过程，最终用于操纵原子、分子和生物细胞。

　　1997年，阿瑟·阿什金的这项技术就曾助推华裔科学家朱棣文俘获原子，而让他获得当年的物理学奖。

　　宣布该消息后，评委会现场致电了唐娜·斯特里克兰。

　　直播中，唐娜·斯特里克兰的声音显得十分激动，语调甚至微微颤抖，主持人不得不建议她先冷静一会儿。斯特里克兰表示，“听到这个消息时，觉得有些疯狂。”然后，她问了一句：“我导师也获奖了吧？”

　　斯特里克兰的导师热拉尔·穆鲁，是法国ENSTA极端光研究所所长和巴黎综合理工学院教授，他在超快激光、高速电子学及其应用等领域做出许多杰出贡献。他们共同发明了一种称为啁啾脉冲放大（CPA）技术而获此殊荣。

　　CPA让人类成功创造出迄今为止最短最强的激光脉冲，使得激光科学领域产生了空前的革新。该项技术发明可以应用在不同的分支，包括核物理与粒子物理学，并且其在相关医学领域的应用，已经促进了白内障和眼屈光手术的发展，比如每年数以百万计的眼科矫正手术所使用的强激光束，都有它的身影。

　　值得一提的是，斯特里克兰是居里夫人以及玛利亚·梅耶之后，历史上第三位获得物理学奖的女科学家，而距离上一次女性拿奖已经过去了55年。

　　“光镊”如同隔空“套马绳”

　　能“远程”操控细胞

　　先来讲讲“光学镊子”。

　　它让阿什金实现了一个古老的科幻梦想，用光束来移动物体，就像《星际迷航》中一样。

　　阿什金团队将单束激光引入高数值孔径物镜形成了三维光学势阱，证明光学势阱可以无损伤地操纵活体物质——就是将激光作为一把移动细胞的无形镊子，通过隔空操控，来控制细胞或者更小物质的分离移动或融合。

　　钱报记者从浙江大学一位相关领域的专家处了解到，其实这项技术已经在诸多领域发挥重要作用。其中，最被关注的就是在生物医学领域的实际效果。

　　在这位专家看来，这种技术就如同一条“套马绳”，利用环形激光束的光力，将细胞稳稳地套住，并把它们“牵”到相应的位置上。它能将细胞拉到一起，也能让它们分离，特别是针对病症靶点上。甚至不光是对细胞，在对基因技术的应用上，亦有着相应的效果。

　　此外，“光学镊子”还可以被用于合成生物学，以构建人造细胞的组织样网络，并将合成膜融合在一起以启动生化反应。也可以被用于探测细胞骨架，测量生物聚合物的粘弹性，并研究细胞运动性。更为重要的是，这项技术在癌症治疗领域也有着深远的意义。

　　把激光变成锐利的手术刀

　　还可能帮助探究宇宙起源

　　取一段短激光脉冲，在时间上拉长，把它放大，再重新压缩成短脉冲。当脉冲拉长之后，峰值功率就会大幅下降，这样就可以在不损坏放大器的前提下放大到更高的倍数。之后把脉冲重新压缩，于是更多的光就被压缩到了很小的空间中，脉冲的强度就随之急剧上升。

　　这就是“啁啾脉冲放大技术”，简称CPA。

　　浙江大学光电科学与工程学院教授童利民解释说，其实这种技术可以被理解为“强激光脉冲的放大技术”。

　　要理解这项技术，首先要了解一个时间概念，那就是比秒更短暂的时间单位——飞秒和皮秒。1飞秒相当于10的负15次方秒，1皮秒相当于10的负12次方秒。

　　童利民说，一般我们看到的激光，就是直射在墙上的红色光点，但通过CPA，将持续时间很短的光脉冲放大得到瞬时功率（或能量密度）很高的激光脉冲，如果将这种激光脉冲通过透镜聚焦到一个点上，其瞬间能量密度可达到将太阳照射到整个地球表面的所有能量，聚集到一个指甲盖大小的位置上那么强。

　　但这有可能对产生这种脉冲的介质造成破坏。为了不破坏介质，CPA就先将脉冲宽度放宽，比如由100个飞秒拉大放宽1000倍，达到100个皮秒，在降低能量密度的情况下放大，放大后再把其100皮秒的持续时间压窄回原来的100飞秒，从而形成稳定可控、不损坏介质的超强激光脉冲。

　　“这种技术对于能源领域有着巨大的探索潜力。”童利民说，现在人们经常听到的“人造太阳”工程中，这种技术就是关键一环，“这和目前的利用核裂变的核电站技术不同，通过这种超强脉冲有可能实现可控的激光核聚变，从而获得更清洁环保与低价的能源。”

　　此外，如果宇宙大爆炸理论是成立的，那么利用这种技术产生足够强的激光来加速电子、质子等亚原子粒子，令其碰撞或相互作用，“或许可以用来模拟并探究宇宙起源。”