Giải thưởng Nobel Vật lý năm 2018: Một Trái Tim Vàng và Làn Sóng Năng Lượng

Lịch sử khoa học, đặc biệt là lĩnh vực vật lý, luôn ghi nhận những bước tiến nhảy vọt làm thay đổi cách nhìn của chúng ta về thế giới. Những khám phá này thường xuất phát từ trí tò mò phi thường, sự kiên trì bền bỉ và đôi khi, một chút may mắn. Năm 2018 chứng kiến một trong những khoảnh khắc như vậy, với việc trao Giải thưởng Nobel Vật lý cho ba nhà khoa học lỗi lạc: Arthur Ashkin, Gérard Mourou và Donna Strickland. Trong số họ, Strickland là nữ nhà vật lý thứ ba nhận được vinh dự cao quý này, phá vỡ kỷ lục về giới tính trong lĩnh vực thường được coi là dành riêng cho nam giới.

Donna Strickland sinh ra tại Guelph, Canada vào năm 1959. Từ nhỏ, cô đã bộc lộ sự đam mê với khoa học và toán học. Sau khi tốt nghiệp Đại học Waterloo với bằng cử nhân Khoa học Vật lý, Strickland tiếp tục theo đuổi bằng Thạc sĩ và Tiến sĩ tại Đại học Rochester, nơi cô bắt đầu nghiên cứu về laser cực nhanh.

Sự ra đời của công nghệ Chirped Pulse Amplification (CPA)

Năm 1985, Strickland là sinh viên sau đại học trong phòng thí nghiệm của Gérard Mourou, một nhà vật lý người Pháp nổi tiếng với những đóng góp của ông về laser. Cô đã hợp tác với Mourou để phát triển kỹ thuật CPA, một phương pháp cách mạng cho phép tạo ra các xung laser cực ngắn và cực mạnh. Trước đây, độ dài sóng của laser thường bị hạn chế bởi hiện tượng “tán xạ tự tác dụng” – khi một xung laser cường độ cao đi qua môi trường vật chất, nó sẽ làm thay đổi chỉ số khúc xạ của môi trường, dẫn đến sự lan rộng của xung và làm giảm cường độ.

CPA giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng các xung laser ban đầu dài hơn và “mở rộng” chúng trong tần số trước khi khuếch đại chúng. Sau đó, xung laser được nén lại về thời gian ban đầu, tạo ra một xung laser cực ngắn với cường độ cực cao. Sự đột phá này đã mở ra những khả năng mới trong nhiều lĩnh vực, từ xử lý vật liệu đến phẫu thuật bằng laser và nghiên cứu khoa học cơ bản.

Cơ chế của CPA: Một cái nhìn chi tiết

CPA hoạt động dựa trên ba bước chính:

Mở rộng xung: Xung laser ban đầu được “kéo dài” về thời gian bằng cách sử dụng một bộ phận gọi là “Bộ phân chia tần số”. Điều này làm cho độ rộng phổ của xung laser tăng lên, làm giảm cường độ đỉnh của nó và ngăn chặn sự tán xạ tự tác dụng.
Khuếch đại: Xung laser được mở rộng sau đó được khuếch đại bằng cách sử dụng một hệ thống laser thông thường. Vì cường độ đỉnh của xung đã thấp hơn do sự kéo dài, nên nó không bị phân tán trong quá trình khuếch đại.
Nén xung: Sau khi được khuếch đại, xung laser được nén lại về thời gian ban đầu bằng cách sử dụng một bộ phận gọi là “Bộ nén xung”. Điều này khôi phục lại cường độ đỉnh cao của xung laser ban đầu và tạo ra một xung laser cực ngắn với cường độ cực cao.

Ảnh hưởng của CPA: Mở ra cánh cửa cho những ngành khoa học mới

CPA đã có tác động sâu rộng đến nhiều lĩnh vực nghiên cứu, bao gồm:

Vật lý: CPA cho phép các nhà vật lý tạo ra các trường điện từ cực mạnh để nghiên cứu các hiện tượng vật lý mới như phân ly hạt nhân và tương tác plasma.
Hóa học: CPA được sử dụng trong quang hóa học để kích hoạt các phản ứng hóa học nhanh chóng và kiểm soát chính xác quá trình phản ứng.
Y tế: CPA có thể được áp dụng trong phẫu thuật bằng laser với độ chính xác cao và ít tổn thương cho mô.
Công nghiệp: CPA được sử dụng trong gia công vật liệu chính xác, khắc laser trên kim loại và các ứng dụng khác yêu cầu cường độ laser cao.

Giải thưởng Nobel Vật lý 2018: Một sự ghi nhận xứng đáng

Việc trao Giải thưởng Nobel Vật lý năm 2018 cho Donna Strickland, Arthur Ashkin và Gérard Mourou là một sự công nhận xứng đáng với những đóng góp đột phá của họ đối với lĩnh vực laser. CPA đã mở ra cánh cửa cho vô số ứng dụng mới trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ. Sự đổi mới này là minh chứng cho sức mạnh của trí tò mò, sự hợp tác và nỗ lực không ngừng nghỉ trong việc khám phá những bí mật của vũ trụ.

Donna Strickland, với tư cách là nữ nhà vật lý thứ ba nhận giải thưởng này, đã trở thành nguồn cảm hứng cho nhiều thế hệ phụ nữ trẻ, khẳng định vai trò quan trọng của phụ nữ trong khoa học và công nghệ.