2018 ലെ നോബല്‍ സമ്മാനം | ബാക്റ്റീരിയയെ കെണിവച്ചു പിടിക്കുന്ന ലേസര്‍!

 ബാക്റ്റീരിയയെ കെണിവച്ചു പിടിക്കുന്ന ലേസര്‍

ലേസര്‍ മേഖലയിലെ രണ്ടു വ്യത്യസ്ത കണ്ടെത്തലുകള്‍, 1985ലും 1987ലും നടത്തിയവ. ഈ രണ്ടു കണ്ടെത്തലുകളും ലേസര്‍ഫിസിക്സിനെ പുതിയ തലങ്ങളിലേക്ക് എത്തിച്ചു. ആ കണ്ടെത്തലുകള്‍ക്കാണ് 2018ലെ ഫിസിക്സിലെ നൊബേല്‍ സമ്മാനം.

2018ലെ നൊബേല്‍ സമ്മാനം നേടിയവര്‍ | അര്‍തര്‍ അഷ്കിന്‍ , ജെറാര്‍ഡ് മൊറോ, ഡോന്നാ സ്ട്രിക്‍ലാന്‍ഡ്.
കടപ്പാട്: https://www.nobelprize.org/

 

കൈ കൊണ്ട് എടുക്കാന്‍ ബുദ്ധിമുട്ടുള്ള വസ്തുക്കളെ എടുക്കാന്‍ നാം കൊടിലുകള്‍ ഉപയോഗിക്കാറുണ്ട്. പക്ഷേ അവ കാണാന്‍പോലും കഴിയാത്ത അത്ര ചെറിയ വസ്തുക്കളാണെങ്കിലോ? കൊടിലും അതിനനുസരിച്ചു ചെറുതാവണം. ബാക്റ്റീരിയയെയും വൈറസിനെയും ഒക്കെയാണ് ഇങ്ങനെ എടുക്കേണ്ടതെങ്കില്‍ ആകെ പെട്ടതുതന്നെ. അവിടെയാണ് അമേരിക്കന്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞനായ അര്‍തര്‍ അഷ്കിന്‍ രക്ഷയ്ക്കെത്തിയത്. ജീവശാസ്ത്രത്തില്‍ ഗവേഷണം നടത്തുന്ന ആളൊന്നുമല്ലായിരുന്നു അദ്ദേഹം. മറിച്ച് ഫിസിക്സിലായിരുന്നു ഗവേഷണം. അതും ലേസറുകളിലും. അഷ്കറിന് ഒരു സ്വപ്നമുണ്ടായിരുന്നു. വസ്തുക്കളെ ലേസര്‍ കിരണങ്ങള്‍ ഉപയോഗിച്ച് നീക്കുക. അവയെ പിടിച്ചെടുക്കുക. 1960കളില്‍ ഇറങ്ങിയ സ്റ്റാര്‍ ട്രക്ക് എന്ന സയന്‍സ് ഫിക്ഷന്‍ സീരീസില്‍ ഇങ്ങനെയൊരു സങ്കല്പം ഉണ്ടായിരുന്നു. ഛിന്നഗ്രഹങ്ങളെയടക്കം പ്രകാശക്കൈ ഉപയോഗിച്ച് പിടിച്ചെടുത്ത് വഴിയില്‍നിന്നും മാറ്റുക. അങ്ങനെയുള്ള കഥകളില്‍നിന്നുമാവാം അഷ്കിനും ഈ ഭ്രാന്തന്‍ ആഗ്രഹം തോന്നിയത്.
പ്രകാശം ഊര്‍ജ്ജകണങ്ങളുടെ പ്രവാഹമാണ് എന്നറിയാമല്ലോ. വന്നിടിക്കുന്ന വസ്തുക്കളില്‍ 'അല്പം' ബലം ചെലുത്താന്‍ ഇതിനാവും. പക്ഷേ വളരെ വളരെ വളരെ നേരിയ മര്‍ദ്ദമേ ഇങ്ങനെ സാധാരണപ്രകാശത്തിനു ചെലുത്താനാകൂ. വലിയ വസ്തുക്കളെ നീക്കുന്നതുപോയിട്ട് അനക്കാന്‍പോലും ആകില്ല. എന്നാല്‍ ആറ്റംപോലെയുള്ള വസ്തുക്കളുടെ കാര്യമോ?
1960കളിലാണ് ലേസര്‍ കണ്ടെത്തുന്നത്. സാധാരണ പ്രകാശംപോലെ അല്ല ലേസര്‍. ഒരേയൊരു നിറവും (ആവൃത്തി) ദിശയും ഒക്കെയുള്ള പ്രകാശത്തിന്റെ ശക്തമായൊരു ബീം ആണ് ലേസര്‍. അങ്ങനെയിങ്ങനെ വിസരണമൊന്നും ലേസറിനെ ബാധിക്കില്ല. അനേകം കിലോമീറ്ററുകളോളം തീവ്രത കുറയാതെ സഞ്ചരിക്കാനാവും. എല്‍ ഇ ഡി ലേസറുകള്‍ ഉപയോഗിച്ചിട്ടുള്ള എല്ലാവര്‍ക്കും ലേസറിന്റെ ഈ ഗുണം മനസ്സിലായിട്ടുണ്ടാവും.

പ്രകാശച്ചവണയില്‍ കുടുക്കിയിട്ടിരിക്കുന്ന ഗോളം.
കടപ്പാട്: https://www.nobelprize.org/

ലേസര്‍ കണ്ടെത്തിയതോടെയാണ് അഷ്കിന്റെചിന്ത ഈ വഴിക്കായത്. വസ്തുക്കളെ അനക്കാന്‍ ലേസറിനാവുമോ? പരീക്ഷണം വെറുതെയായില്ല. ഒരു മില്ലിമീറ്ററിന്റെ ആയിരത്തിലൊന്നുമാത്രം വലിപ്പമുള്ള ഒരു ഗോളത്തെ ചലിപ്പിക്കാന്‍ ലേസറിനായി. അതിനൊപ്പംതന്നെ രസകരമായ ഒരു കാര്യംകൂടി അഷ്കിന്‍ നിരീക്ഷിച്ചു. ആ ഗോളം ലേസര്‍ബീമിന്റെ നടുവിലേക്ക് ഒരു കെണിയില്‍പ്പെട്ടപോലെ നീങ്ങിക്കിടക്കുന്നു. ലേസര്‍ ഏറ്റവും തീവ്രതയുള്ളത് ബീമിന്റെ കേന്ദ്രത്തിലാണ്. അവിടേക്കാണ് ഗോളം 'ട്രാപ്' ആയി കിടക്കുന്നത്. പക്ഷേ അപ്പോഴും ഈ ഗോളം ലേസറിന്റെ ദിശയില്‍ പതിയെ നീങ്ങിക്കൊണ്ടിരുന്നു. ഈ ഗോളത്തെ ഒരു സ്ഥലത്തുതന്നെ പിടിച്ചുനിര്‍ത്താന്‍ എന്തെങ്കിലും വഴിയുണ്ടോ എന്നായി അഷ്കിന്റെ ചിന്ത. ലേസറിന് ഏറ്റവും തീവ്രത കൂടിയ ഭാഗത്താണ് ഗോളം കെണിയിലകപ്പെട്ടു കിടക്കുന്നത്. അങ്ങനെയെങ്കില്‍ ഒരു ലെന്‍സ് ഉപയോഗിച്ച് ഈ തീവ്രത വര്‍ദ്ധിപ്പിച്ചാലോ? അഷ്കിന്‍ ലേസര്‍ബീമിനു മുന്നില്‍ ഒരു ലെന്‍സ് ഘടിപ്പിച്ചു. അതോടെ ബീം ഒരു ഭാഗത്ത് കേന്ദ്രീകരിച്ചു. അവിടെ മാത്രം പ്രകാശം വളരെയധികം തീവ്രതയുള്ളതായി. അദ്ദേഹം കരുതിയതുപോലെ ഗോളം അവിടെ കുടുങ്ങിക്കിടക്കുകയും ചെയ്തു. ഒരു പ്രകാശക്കെണിയാണ് അഷ്കിന്‍ അങ്ങനെ നിര്‍മ്മിച്ചെടുത്തത്. വസ്തുക്കളെ ലേസറിന്റെ സഹായത്തോടെ ഒരിടത്ത് തളച്ചിടുന്ന ഒരു സൂത്രം! ലേസര്‍ ചവണ എന്നോ ലേസര്‍ കൊടില്‍ എന്നോ ഒക്കെ വിളിക്കാവുന്ന ഒരു സൂത്രം.

സിപിഎ എന്ന രീതിയെ വിശദീകരിച്ചിരിക്കുന്നു.
കടപ്പാട്: https://www.nobelprize.org/

പിന്നീട് അഷ്കിന്റെ പരീക്ഷണങ്ങള്‍ ആറ്റങ്ങളെ ഇങ്ങനെ കെണിയിലാക്കാന്‍ കഴിയുമോ എന്നതായിരുന്നു. നേരത്തേ പരീക്ഷണത്തിനുപയോഗിച്ച് ഗോളംപോലെ അത്രയെളുപ്പമായിരുന്നില്ല കാര്യങ്ങള്‍. എങ്കിലും വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കുശേഷം 1986ല്‍ അദ്ദേഹം അതില്‍ വിജയിക്കുകതന്നെ ചെയ്തു. ഇതിനിടയ്ക്കാണ് അഷ്കിന്റെ പരീക്ഷണങ്ങള്‍ ബയോളജിയിലേക്ക് ചുവടുമാറുന്നത്. ചെറിയ കണങ്ങള്‍ക്കുപകരം വൈറസിനെ ഉപയോഗിക്കാനാവുമോ എന്ന പരീക്ഷണത്തിനിടയ്ക്ക് യാദൃച്ഛികമായി ബാക്റ്റീരിയകള്‍ ഈ കെണിയില്‍ കുരുങ്ങി. ലേസറിന്റെ ശക്തിമൂലം പക്ഷേ അവ ചത്ത നിലയിലായിരുന്നു എന്നു മാത്രം. വലിയ ഊര്‍ജ്ജമില്ലാത്ത ഒരു ലേസര്‍ ഉപയോഗിച്ചാല്‍ ഒരുപക്ഷേ ബാക്റ്റീരീയകളെ ജീവനോടെ കെണിയിലാക്കാന്‍ കഴിഞ്ഞേക്കും. അങ്ങനെയാണ് പച്ച ലേസറിനു പകരം ഇന്‍ഫ്രാറെഡ് ലേസര്‍ (മനുഷ്യര്‍ക്ക് ഈ പ്രകാശം കാണാന്‍ കഴിയില്ല.) ഉപയോഗിച്ചു നോക്കിയത്. ആ കെണിയില്‍ ബാക്റ്റീരിയകള്‍ക്ക് ഒരു കുഴപ്പവും പറ്റിയില്ല. എന്തിനേറെ, ആ കെണിക്കുള്ളിലിരുന്ന് വംശവര്‍ദ്ധനവു നടത്താന്‍വരെ ബാക്റ്റീരിയകള്‍ക്കായി.
നിരവധി ബാക്റ്റീരിയകളിലും വൈറസുകളിലും ഒക്കെ അഷ്കിന്‍ പരീക്ഷണങ്ങള്‍ നടത്തി. കോശസ്തരത്തെ കേടുവരുത്താതെ കോശത്തിനുള്ളിലെ പദാര്‍ത്ഥങ്ങളെ കെണിയിലാക്കാന്‍വരെ അദ്ദേഹത്തിനായി. അഷ്കിന്റെ ഈ കണ്ടെത്തലിനെ പിന്നീട് പല ശാസ്ത്രജ്ഞരും പരിഷ്കരിച്ചു. ബയോളജി ഗവേഷണത്തില്‍ ലേസര്‍ കെണി ഒഴിച്ചുകൂടാനാകാത്ത ഒന്നായി മാറി.
അര്‍തര്‍ അഷ്കിന്റെ ഈ കണ്ടെത്തലിനാണ് ഫിസിക്സിനുള്ള 2018ലെ നൊബേല്‍സമ്മാനം അദ്ദേഹത്തെ തേടിയെത്തിയിരിക്കുന്നത്.
വൈദ്യരംഗത്ത്, പ്രത്യേകിച്ചും കണ്ണിന്റെയും മറ്റും ശസ്ത്രക്രിയകളില്‍ ലേസറിന്റെ ഉപയോഗം ഇന്ന് ഏറെ പരിചിതമാണ്. അതിസൂക്ഷ്മമായ നേത്രശസ്ത്രക്രിയകള്‍ക്ക് ലേസര്‍ കൂടിയേ തീരൂ. ലേസറിന്റെ ഈ കഴിവിനെ വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത രണ്ടുപേര്‍ക്കുകൂടിയാണ് ഇത്തവണത്തെ നൊബേല്‍സമ്മാനം ലഭിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഡോന്നാ സ്ട്രിക്‍ലാന്‍ഡ്, ജെറാര്‍ഡ് മൊറോ എന്നിവര്‍ ചേര്‍ന്നാണ് ഈ കണ്ടെത്തല്‍ നടത്തിയത്. ഫിസിക്സിലെ നൊബേല്‍സമ്മാനം നേടുന്ന മൂന്നാമത്തെ വനിതയാണ് ഡൊന്നാ സ്ട്രിക്‍ലാന്‍ഡ് എന്ന സാമൂഹ്യപ്രസക്തികൂടി ഇത്തവണത്തെ പ്രഖ്യാപനത്തിനുണ്ട്.
തുടര്‍ച്ചയായി കെടുകയും തെളിയുകയും ചെയ്യുന്ന ബള്‍ബുകള്‍ കണ്ടിട്ടില്ലേ? അവയില്‍നിന്നും ഇടവിട്ട് ഇടവിട്ടാണ് പ്രകാശം പുറത്തേക്കുവരുന്നത്. അര സെക്കന്റ് മുതല്‍ ഏതാനും സെക്കന്റുകള്‍ വരെയാവും ഈ ഇടവേള. നമ്മുടെ പഴയ ഇന്‍കാന്‍ഡസന്റ് ബള്‍ബ് ഒറ്റനോട്ടത്തില്‍ തെളിഞ്ഞുതന്നെ കിടക്കുകയാണ് എന്നു തോന്നും. പക്ഷേ വീട്ടിലെ വൈദ്യുതിയുടെ ആവൃത്തിക്കനുസരിച്ച് ഓരോ സെക്കന്‍ഡിലും 50തവണ കെടുകയും തെളിയുകയും ചെയ്യുന്നുണ്ട് ആ സുന്ദരി. അതായത് ഒരു സെക്കന്റിന്റെ അമ്പതിലൊന്ന് നേരം ദൈര്‍ഘ്യമുള്ള കുഞ്ഞുകുഞ്ഞു പ്രകാശക്കൂട്ടങ്ങളാണ് അവയില്‍നിന്നും പുറത്തുവരുന്നത് എന്നു ചുരുക്കം.
ലേസറിന്റെ ലോകത്തുമുണ്ട് ഇതേപോലെ അല്പനേരം മാത്രം ദൈര്‍ഘ്യമുള്ള പ്രകാശത്തുണ്ടുകള്‍ പുറത്തുവിടാന്‍ കഴിയുന്ന ലേസറുകള്‍. ഈ പ്രകാശത്തുണ്ടുകളുടെ ദൈര്‍ഘ്യം എത്ര വേണമെങ്കിലും കുറയ്ക്കാം. ഒരു സെക്കന്‍ഡിന്റെ ആയിരത്തിലൊരംശം മാത്രം സമയമുള്ള പ്രകാശത്തുണ്ടാക്കാം. അതായത് ഒരു മില്ലിസെക്കന്‍ഡ് ദൈര്‍ഘ്യമുള്ള പ്രകാശത്തുണ്ട്. വേണമെങ്കില്‍ ഇനിയും കുറയ്ക്കാം. മില്ലിസെക്കന്‍ഡിന്റെ ആയിരത്തിലൊരംശം മാത്രം നേരത്തേക്ക്, അതായത് ഒരു മൈക്രോസെക്കന്‍ഡ് നേരത്തേക്കാക്കാം. അല്ലെങ്കില്‍ അതിന്റെയും ആയിരത്തിലൊന്ന്, ഒരു നാനോസെക്കന്‍ഡ്. അല്ലെങ്കില്‍ ഒരു നാനോ സെക്കന്‍ഡിന്റെ ആയിരത്തിലൊന്ന്, ഒരു പൈക്കോസെക്കന്‍ഡ്... അതിന്റെ ആയിരത്തിലൊന്ന് ഒരു ഫെംറ്റോസെക്കന്‍ഡ്... അങ്ങനെ സമയദൈര്‍ഘ്യം കുറച്ചുകുറച്ചു കൊണ്ടുവരാനാകും.
പക്ഷേ ഇങ്ങനെ ദൈര്‍ഘ്യം കുറയ്ക്കുമ്പോള്‍ ഒരു പ്രശ്നമുണ്ട്. പ്രകാശത്തിന്റെ തീവ്രത ഒരു പരിധിക്കപ്പുറം കൂട്ടാനാകില്ല. ആവൃത്തി കൂടിയ പ്രകാശത്തിന്റെ തീവ്രത കൂട്ടാന്‍ ശ്രമിക്കുമ്പോള്‍ അതിനുപയോഗിക്കുന്ന ആംപ്ലിഫയര്‍ നശിച്ചുപോകുന്നു എന്നാതാണ് പ്രശ്നം. ലളിതമായി പറഞ്ഞാല്‍ പ്രകാശത്തിന്റെ ആംപ്ലിഫിക്കേഷന്‍ എളുപ്പത്തില്‍ സാധ്യമാവില്ല. അതിനെ മറികടക്കാനുള്ള സൂത്രമാണ് ഡോന്നാ സ്ട്രിക്‍ലാന്‍ഡും ജെറാര്‍ഡ് മൊറോയും കൂടി കണ്ടെത്തിയത്. ലേസര്‍ എന്നാല്‍ നിശ്ചിത തരംഗദൈര്‍ഘ്യം ഉള്ള ഒരു പ്രകാശമാണ്. മിക്കപ്പോഴും അത്യാവശ്യം ഊര്‍ജ്ജമുള്ള തരംഗമാവും. അവയുടെ നാനോ സെക്കന്‍ഡോ പൈക്കോ സെക്കന്‍ഡോ ഒക്കെയുള്ള പ്രകാശത്തുണ്ടിനെ എടുക്കുക. എന്നിട്ട് ചില സംവിധാനങ്ങള്‍ ഉപയോഗിച്ച് അതിന്റെ ആവൃത്തി കുറയ്ക്കുക. ആവൃത്തി കുറഞ്ഞു എന്നാല്‍ ഊര്‍ജ്ജം കുറഞ്ഞു എന്നാണ് അര്‍ത്ഥം. ഇനി ഈ പ്രകാശത്തുണ്ടിന്റെ തീവ്രത ആംപ്ലിഫയര്‍ ഉപയോഗിച്ച് കൂട്ടും. ആവൃത്തി അഥവാ ഊര്‍ജ്ജം കുറവായതിനാല്‍ ആംപ്ലിഫയറിന് കുഴപ്പമൊന്നും സംഭവിക്കില്ല. അങ്ങനെ തീവ്രത കൂട്ടിയ പ്രകാശത്തുണ്ടിനെ ആവൃത്തി കൂട്ടാനുള്ള സംവിധാനത്തിലൂടെ കടത്തിവിടും. തുടക്കത്തില്‍ എത്രയാണോ ആവൃത്തി ഉണ്ടായിരുന്നത് അതേ ആവൃത്തിയിലാക്കി മാറ്റും. അതോടെ ഉയര്‍ന്ന ഊര്‍ജ്ജവും ഉയര്‍ന്ന തീവ്രതയും ഉള്ള, എന്നാല്‍ വളരെ ദൈര്‍ഘ്യം കുറഞ്ഞ ഒരു ലേസര്‍ത്തുണ്ട് റെഡി.
chirped pulse amplification എന്നാണ് ഈ സൂത്രം അറിയപ്പെടുന്നത്. ഏതാനും വര്‍ഷങ്ങള്‍ നീണ്ട ഗവേഷണത്തിനൊടുവിലാണ് ഇരുവരും CPA വിജയകരമായി നടപ്പിലാക്കിയത്. 1985ല്‍ അവര്‍ ഈ കണ്ടെത്തല്‍ ലോകത്തിനു മുന്നില്‍ അവതരിപ്പിച്ചു.
ഇത്ര ചെറിയ സമയദൈര്‍ഘ്യം മാത്രമുള്ള ലേസര്‍കൊണ്ട് ഉള്ള ഉപയോഗം നിരവധിയാണ്. വളരെ വളരെ നേരിയ സമയംകൊണ്ടു നടക്കുന്ന പ്രവര്‍ത്തനങ്ങളുടെ ഫോട്ടോ എടുക്കല്‍ മുതല്‍ ശസ്ത്രക്രിയ അടക്കമുള്ള മേഖലകളില്‍ ഇന്ന് CPA ഉപയോഗിക്കുന്നു.

---നവനീത്...

ചിത്രങ്ങള്‍ക്കു കടപ്പാട് : https://www.nobelprize.org/