V úterý 2. října se svět dozvěděl jméno nositelů letošní Nobelovy ceny za fyziku: stali se jimi Arthur Ashkin, Gérard Mourou a Donna Stricklandová za objev toho, jak se dá pomocí laserových paprsků manipulovat předměty.
Laureáti dostali ocenění za „vytvoření nástrojů ze světla“, tedy prostředků, které umožňují pomocí laseru ovlivňovat svět. Ashkin (96) je nejstarší laureát Nobelovy ceny, dosud byl nejstarším ekonom Hurwicz (90), Stricklandová je zase teprve třetí ženou s Nobelovou cenou za fyziku.
Všichni tři vědci dostali tento rok ocenění za to, že přinesli revoluci do laserové fyziky. Díky nim dokáže člověk nesmírně malé a rychlé procesy nejen vidět, ale někdy i dokonce ovlivňovat. Právě jejich práce vedla ke vzniku precizních nástrojů, jimiž se vědci dostávají k neprozkoumaným oblastem vesmíru – a také vzniklo obrovské množství průmyslových a lékařských aplikací.
Arthur Ashkin vymyslel optickou pinzetu, která umí uchopit tak droboučké objekty, jako jsou částice, atomy, viry nebo jiné druhy živých buněk. Místo prstů nebo ramínek tyto předměty chytají laserové paprsky. Nový nástroj umožnil Ashkinovi splnit starý sen autorů vědeckofantastické literatury použít záření k tomu, aby umožnilo pohybovat předměty. V podstatě tak realizoval „tažný paprskek“ známý ze Star Treku nebo Star Wars – jen v mikroskopických rozměrech. Uspěl v tom, že přiměl laserové paprsky, aby tlačily malé částice hmoty do středu paprsku – a tam je udržely.
K zásadnímu přelomu došlo roku 1987, kdy Askin využil pinzety k tomu, aby chytil živou bakterii, aniž by jí ublížil. Okamžitě poté začal studovat biologické systémy a právě díky němu se nyní laserové pinzety používají pro výzkum základních stavebních kamenů živé hmoty.
Gérard Mourou a Donna Stricklandová zase vydláždili cestu ke vzniku špičkových chirurgických přístrojů, které pomocí laserových paprsků operují lidské oči. Roku 1985 zveřejnili článek, kde popsali, jak vytvořit krátké a nesmírně intenzivní laserové pulzy. A také tyto nesmírně kraťoučké a přitom extrémně intenzivní záblesky nepoškozují hmotu. Postupovali přitom podobným způsobem jako dnes informatici, když komprimují obrázky – výsledkem byly velmi silné laserové pulzy.
Tato metoda dostala jméno CPA (chirped pulse amplification) a velmi rychle se stala standardním způsobem pro intenzivní lasery. Využívá se u milionů případů korektivních operací oka, které se každoročně provádějí po celém světě.
Nobelovská komise přitom dodává, že všechny aplikace obou výzkumů trojice oceněných vědců ještě zdaleka nebyly popsány. Spousta aplikací pro tyto nové laserové technologie je už doslova „za rohem“. Patří k nim rychlejší elektronika, efektivnější sluneční panely, lepší katalyzátory, silnější akcelerátory, nové zdroje energie nebo třeba účinnější léky.
Nobelista v Praze
Není divu, že v laserové fyzice je v současné době tak silná konkurence. Donna Stricklandová v současné době pokračuje ve výzkumu v Kanadě, zatímco Gérard Mourou se vrátil do Francie – tam se věnuje celoevropskému projektu ELI (neboli Extreme Light Infrastructure). Ten se bude skládat ze zařízenín umístěných ve třech zemích – v Rumunsku, Maďarsku a České republice. Naši zemi už také Mourou navštívil, zúčastnil se semináře ELI v březnu 2015. Celý projekt by měl být dokončený během několika let.
Mourou je podle českých vědců duchovním otcem projektu ELI. Původním Mourouovým konceptem bylo vybudování jedné laboratoře, nikoli tří v různých zemích. „Mourou nesehnal peníze pro to, aby to bylo ve Francii. Když se to v roce 2008 začínalo řešit, mělo tedy podle něj být jen jedno působiště v České republice, konkrétně v Praze. Pak se ukázalo, že to není realistické,“ uvedl Jiří Chýla z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR, pod který ELI Beamlines patří.
V roce 2008 podle něj česká vláda schválila, aby se Česko ucházelo o sídlo laboratoře. „O dva roky později se ukázalo, že to není politicky průchozí. Rozdělilo se to na tři laboratoře a Mourou se od toho následně vzdálil. U realizace jednotlivých působišť už nebyl,“ doplnil. Tři projekty v ČR, Maďarsku a Rumunsku podle Chýly stály 750 milionů eur (přes 19 miliard korun). Také Jan Řídký, místopředseda AV ČR a bývalý ředitel Fyzikálního ústavu AV ČR, vyzdvihl roli laureátů ceny v založení projektu ELI. „Obdrželi Nobelovu cenu v podstatě za to, co umožnilo, že je postavené centrum mimo jiné v Dolních Břežanech,“ uvedl.
Plánovaný výkon tohoto laseru je 10 petawattů, což je ekvivalent záblesku z několika stovek miliard klasických žárovek. Každé z pracovišť bude specializované na jinou část výzkumu – například to české bude zaměřené na vysoce energetické paprsky. Podobná pracoviště vznikají ale v dalších velkých zemích, například v Číně, USA, Rusku nebo Japonsku.
Dalším cílem, který by měl přinést přelom, jsou 100 petawattové lasery a dokonce i zettawattové lasery – neboli pulzy se silou miliony petawattů. V oboru laserů se v současné době objevuje množství nových horizontů, kam se vědci teprve nyní vydávají: například snahy o pokus vymazání rakoviny v těle pomocí protonových paprsků.
Fyzika je mezi Nobelovými cenami výjimečná
V úterý udělená Nobelova cena za fyziku byla první, kterou Alfred Nobel zmínil ve své poslední vůli z roku 1895. Na konci devatenáctého století totiž mnoho lidí považovalo fyziku za „vědu všech věd“ – obor, který by mohl odpovědět na všechny otázky vesmíru. Řada svědectví naznačuje, že Nobel měl stejný pohled, navíc jeho vlastní výzkum měl k fyzice hodně blízko.
Sledujte slavnostní ceremoniál:
Od roku 1901 bylo rozdáno už 111 Nobelových cen za fyziku – jen šestkrát za tuto dobu k předávání nedošlo, nejčastěji během válek, ale několikrát také proto, že během daného roku nedošlo k dostatečně zajímavému objevu.
Celkem tuto cenu dostalo do roku 2017 včetně 207 laureátů. Johan Bardeem ji získal dvakrát, dvaatřicetkrát je sdíleli dva laureáti, dvaatřicetkrát tři laureáti. Průměrný věk, v jakém fyzici získali toto ocenění, byl 55 let: nejmladšímu laureátovi bylo 25 let (byl to Lawrence Bragg), naopak nejstarším laureátem se stal roku 2002 Raymond Davis Jr., jemuž bylo v tu dobu osmaosmdesát.
Jedinými dvěma ženami, které byly oceněné Nobelovou cenou za fyziku, se staly Marie Curie-Sklodowská a Maria Goeppert-Mayerová.
Rodinná fyzika
Fyzika je nečekaně rodinným podnikem – za století existence této ceny ji dostalo několik dvojic, které jsou spojené rodinnými pouty. Asi nejslavnější je ocenění Marie Curie-Sklodowské a jejího muže Pierra Curieho, kteří získali společnou cenu v roce 1903. Marie pak obdržela další Nobelovu cenu o osm let později, tentokrát za chemii. Mimo jiné jedna z jejich dcer, Iréne Joliot-Curieová dostala Nobelovu cenu za chemii roku 1935 – společně s jejím mužem Fréddéricem Joliotem.
Nobelovu cenu dostalo také několik dvojic otec-syn. Šlo o Williama a Lawrence Braggovy, Nielese a Aage N. Bohrovy, Manne Siegbahna a Kaie M. Suegbahna a J.J. a George Pageta Thomsonovy.
Co za to?
Alfred Nobel zanechal většinu své pozůstalosti ve fondu, který má podporovat tu nejlepší vědu na světě. V době Nobelovy smrti to bylo jednatřicet milionů švédských korun, dnes se jedná o 1702 milionů švédských korun.
Letos je odměna za každou Nobelovu cenu devět milonů švédských korun, v přepočtu na koruny je to částka asi 26 milionů korun. Loni prestižní ocenění získala trojice Američanů Rainer Weiss, Barry Barish a Kip Thorne za klíčový příspěvek k pozorování gravitačních vln ve vesmíru.
