2018诺贝尔物理学奖--以激光缔造奇迹(2)

1969年，阿什金用聚集的激光移动了空气和水中的介电小球，演示了梯度力，并用两束相向传播的激光束囚禁了粒子，也提出这个方法可以用于囚禁原子、分子。后来他还利用光力与重力的平衡，将粒子悬浮起来。1977年，为了囚禁和冷却原子，阿什金提出全光单束梯度力囚禁的构想。这就是光学镊子，简称光镊。

1985年，阿什金与同事成功地用光镊囚禁了一个介电小球。他们先借助于透镜，将光射进一个介电小球，小球将光折射。为了使得梯度力能够抵消散射力，他们借助于显微镜物镜获得大数值孔径和大角度会聚。

1986年，朱棣文等人与阿什金合作，使用了阿什金的方法，并将原子减速冷却下来，成功实现了原子的激光冷却和囚禁。阿什金的工作为朱棣文“用激光冷却和俘获原子的方法”奠定了基础。有趣的是，这项成果为朱棣文赢得了1997年诺贝尔物理学奖，朱棣文在诺贝尔演讲中也介绍了阿什金的前期工作。

1986年，阿什金开始将光镊用于研究生物系统。为了减少损伤，激光需要处于红外波段。阿什金用光镊实现了囚禁和操纵微粒、细菌、细胞、病毒、分子和原子，而且可以深入细胞内部而不破坏细胞膜、不损伤生命物质，测量细胞器微观输运的驱动力，提供了在微观细节上研究生命过程的革命性手段。有了这种光镊，我们能够抓取想要的物质，把它们移动到想要放置的地方，并对它们展开操作。这是非常实用的工具。

光镊给生命科学提供了一个广泛使用的革命性工具，用来对生物物质进行各种操作，使得生物体内很多微观过程，特别是生物体内的各种小机器的物理过程得到仔细研究。这成为物理学与生物学的一个交叉领域。

(作者单位为美国旧金山州立大学物理系)

文章来源：《中国医学物理学杂志》 网址: http://www.zgyxwlxzz.cn/zonghexinwen/2020/1104/349.html