Nagrodę Nobla z fizyki w roku 2005 otrzymali: Roy J. Glauber (USA) za teoretyczny opis zachowania cząstek światła (fotonów) oraz John L. Hall (USA) i Theodor W. Haensch (Niemcy) za prace nad precyzyjną spektroskopią laserową, która pozwala z niezwykłą dokładnością ocenić barwę światła emitowanego przez atomy lub cząsteczki czyli ich widmo.

Roy J. Glauber Urodzony w 1925 roku. Doktorat obronił na Harvardzie w wieku zaledwie dwudziestu czterech lat i jest z tą uczelnia związany do dziś. Prowadził też projekty badawcze na Uniwersytecie Princeton i w szwajcarskim Instytucie Politechnicznym w Zurichu. Opracował podstawy optyki kwantowej.

Światło laserowe jest spolaryzowane i może mieć dużą moc, jest też spójne w czasie i przestrzeni, co znaczy, że ma określony kolor i stałą różnicę faz. Tak charakterystyczne właściwości są trudne lub wręcz niemożliwe do osiągnięcia inaczej. Pozwala to wykorzystać do różnorodnych technik pomiaru i obserwacji. Dlatego laser znalazł szereg zastosowań, m.in. w medycynie, do odtwarzania płyt CD czy DVD, ale także w laboratoriach badawczych.
Światło ma naturę podwójną. Zachowuje się zarówno jak strumień cząsteczek (fotonów), jak i fala. Roy Glauber stworzył podstawy optyki kwantowej (obejmuje ona także światło widzialne) czyli nauki o świetle uwzględniającej jej korpuskularne (cząsteczkowe) własności. Wyjaśnił podstawowe różnice między rozgrzanymi obiektami w rodzaju żarówki czy świecy (które emitują światło będące mieszanina częstotliwości i faz), a światłem lasera o jednolitej częstotliwości i fazie.

John L. Hall Urodził się w 1934 roku w Denver. W 1958 r. ukończył Carnegie Institute of Technology w Pittsburghu (Pensylwania), na którym trzy lata później uzyskał tytuł doktora. Od ponad 40 lat jest związany z Instytutem Astrofizyki Laboratoryjnej w Boulder w Kolorado. Obecnie jest na emeryturze. Praca Halla polega na ciągłym udoskonalaniu odkrytej przez siebie superczułej metody spektroskopii laserowej.

Światło wysyłane przez substancje można rozłożyć na poszczególne długości. Obraz światła rozłożony na poszczególne długości (kolory) nazywamy widmem lub spektrum, natomiast dziedzinę zajmującą się analizą widm nazywamy spektroskopią. Spektroskopia, której szczególnym przypadkiem jest spektroskopia laserowa, pozwala obserwować przedmiot na podstawie emitowanego bądź odbijanego przezeń promieniowania. Czasami jest to praktycznie jedyny sposób, by dowiedzieć się czegoś o interesujących nas fragmentach rzeczywistości, zwłaszcza jeśli są tak odległe jak inne galaktyki, bądź tak małe jak atomy.

Grzebień częstotliwości czyli widmo sygnału optycznego otrzymanego jako suma sygnałów z 16 laserów dostrojonych do różnych częstotliwości.

Dzięki Johnowi Hallowi i Theodorowi Haenschowi stało się możliwe mierzenie częstotliwości impulsu światła z dokładnością do jednej biliardowej części sekundy (miliard miliardów), a w przyszłości jeszcze tysiąc razy dokładniejsze (do jednej trylionowej). Umożliwia to konstruowanie laserów o niezwykle jednorodnym widmie promieniowania, a dzięki tak zwanej technice grzebienia częstotliwości precyzyjne określanie barwy każdego światła. Optyczny grzebień częstotliwości to źródło światła, które emituje ciąg równoległych ultrakrótkich impulsów laserowych, których widmo podobne jest do grzebienia o dziesiątków tysięcy zębów. Grzebień częstotliwości o dokładnie znanych parametrach może służyć do mierzenia innych, nieznanych częstotliwości. Jako grzebienie częstotliwości służą specjalne lasery (na przykład laser szafirowy domieszkowany tytanem). Technika ta jest tak dokładna, że można z jej pomocą sprawdzać niezmienność praw natury, budować superprecyzyjne zegary czy za pomocą systemu nawigacji satelitarnej mierzyć, jak wypiętrzają się góry. W przyszłości dzięki tak dużej precyzji pomiarów statki kosmiczne będą podróżować dalej i trafiać bezbłędnie do celu. Powstaną kosmiczne układy teleskopów do wykrywania fal grawitacyjnych lub zsynchronizowane układy zwierciadeł zdolne do badania odległych układów planetarnych.

Theodor Hänsch Theodor Hänsch urodził się w 1941 roku w Heidelbergu w Niemczech. Na tamtejszym uniwersytecie obronił w wieku 28 lat doktorat. W 1970 roku rozpoczął finansowany przez NATO staż na Uniwersytecie Stanforda w Kalifornii. Przystąpił tam do zespołu badaczy pracujących nad spektrografią laserową. W Stanach Zjednoczonych pracował przez szesnaście lat. Od 1986 roku jest dyrektorem Instytutu Optyki Kwantowej Maxa Plancka w Garching pod Monachium i pracuje na monachijskim uniwersytecie Ludwika Maksymiliana.

Grzebienie optyczne umożliwią zwiększenie o rzędy wielkości liczby sygnałów przesyłanych światłowodami. Wiele laserów zostanie zastąpionych jednym optycznym grzebienie. Naukowcy opracowali również ultraczułe detektory chemiczne, wykorzystujące grzebienie optyczne, a teraz przygotowują prototypy takich urządzeń z przeznaczeniem do masowej produkcji. Czujniki grzebieniowe pozwolą ochronie szybko wykryć zagrożenia w postaci materiałów wybuchowych lub substancji trujących.
Naukowcy badają także możliwość wykorzystania spójnego światła laserowego do przeprowadzania kontrolowanych reakcji chemicznych. Dzięki grzebieniom optycznym metoda będzie niezawodna i w większym stopniu przewidywalna.
Spektroskopia laserowa pełni przede wszystkim służebną rolę wobec innych dziedzin fizyki. Jej rozwój przyczynił się do postępów w innych gałęziach nauki, a niektóre wręcz stworzył. Przykładem może być informatyka kwantowa, która być może pozwoli stworzyć komputery działające na zasadach odmiennych od dotychczasowych, szybciej i efektywniej.

Opracowano na podstawie internetowych informacji zamieszczonych w serwisie naukowym Gazety Wyborczej i serwisie naukowym portalu Onet.

---

« Poprzednia  Następna »