Arthur Ashkin: Işıkla Hayatı Sabitlemek

On yaşındayken, Büyük Buhran dönemi Brooklyn'inde, Arthur Ashkin (Arthur Ashkin) bir Crookes radyometresi (Crookes radiometer) ile büyülendi; ışık tutulduğunda dönen siyah-beyaz kanatlara sahip o küçük cam ampul. İtmeyi yapanın ışığın kendisi değil, ısı olduğunu çözdü ve ampulü dışarıdan ısıtırsanız kanatların ters yöne döndüğünü fark etti. Altmış yıl sonra Nobel Komitesi, fiziğin yarısını o çocukluk sorusunun olgun bir cevabı için ona verecekti: Bir ışık huzmesi gerçekten maddeyi kavrayabilir mi? Kavrayabiliyordu. Onlara haberi verdiklerinde doksan altı yaşındaydı ve bu konuda çok heyecanlanamadığını söyledi.

Brooklyn, Radar ve Önden Giden Bir Kardeş

Ashkin, 2 Eylül 1922'de Brooklyn, New York'ta, on sekiz yaşında Odesa'dan (Odesa) göç edip Manhattan'da bir diş laboratuvarı kuran Isadore Ashkin (Isadore Ashkin) ve Anna Fishman'ın (Anna Fishman) oğlu olarak dünyaya geldi. Hayatta kalan üç çocuk vardı: ağabey Julius (Julius), Arthur ve küçük kız kardeş Ruth (Ruth). Julius korkutucu bir hız belirledi, yirmi iki yaşında Columbia'dan fizik doktorası aldı ve sonunda Carnegie Tech'te (Carnegie Tech) fizik bölümünün başına geçti.

Arthur, James Madison Lisesi'nden sonra 1940'ta onu takip ederek Columbia'ya gitti. Savaş onu kesti; zamanını askeri radar için magnetronlar inşa eden Radyasyon Laboratuvarı'nda, iki kez belirleyici olduğunu kanıtlayacak Sid Millman (Sid Millman) adlı bir amirin altında teknisyen olarak geçirdi. Ashkin, 1947'de fizik alanındaki lisans derecesini tamamladı ve Phi Beta Kappa (Phi Beta Kappa) anahtarı aldı, ardından G.I. Yasası (G.I. Bill) ile Cornell'e gitti ve 1952'de elektron-pozitron saçılımı üzerine bir tezle nükleer fizik doktorasını aldı. Cornell'de 1954'te evlendiği ve altmış yıldan fazla evli kaldığı Aline (Aline) ile tanıştı.

Bell Laboratuvarları'nda Kırk Yıl

O zamana kadar Bell Laboratuvarları'nda (Bell Laboratories) bulunan Millman, eski teknisyenini önerdi. Ashkin 1952'de geldi ve kırk yıl kaldı. İlk on yıl mikrodalgalar ve elektron tüplerine gitti — saygın, dikkat çekici olmayan bir iş. Sonra lazer geldi ve 1960 civarında Ashkin tamamen doğrusal olmayan optik, fiber optik, parametrik osilatörler ve amplifikatörler alanına geçti. 1960'larda piezoelektrik kristallerde fotorefraktif etkinin ortak keşfedenlerinden biriydi. Sonunda kırk yedi patente sahip olacaktı.

Ama radyometre sorusunu hiç bırakmamıştı. Işık momentum taşır. Bu tartışmalı değildir — Maxwell (Maxwell) öyle demişti ve kuyruklu yıldız kuyruklarının güneşten uzağı göstermesinin nedeni radyasyon basıncıdır. Sorun şu ki, kuvvet gülünç derecede küçüktür. Kimse bunun görebileceğiniz herhangi bir şeyi itmek için yararlı olmasını beklemiyordu.

Optik Cımbızlar Gerçekte Ne Yapar

Ashkin'in içgörüsü, lazerin sadece itmediğiydi. Bir huzmeyi sıkıca odaklayın ve yoğunlukta dik bir gradyan yaratır — odak noktasında çok parlak, milimetrenin bir kesri kadar uzakta daha sönük. O gradyanda duran şeffaf bir parçacık küçük bir mercek gibi davranır, içinden geçen ışığı büker. Newton'un üçüncü yasasına göre, ışığın yolunu bükmek parçacığı geriye iter ve net sonuç, parçacığı en parlak noktaya sürükleyen ve orada tutan bir kuvvettir.

Yani iş başında iki kuvvet vardır: parçacığı huzme boyunca iten saçılma kuvveti ve onu yanlara doğru huzmenin merkezine çeken gradyan kuvveti. Onları dengeleyin ve bir tuzak elde edin. Odaklamayı yeterince dik hale getirin ve gradyan kuvveti tek başına, tek bir huzme ile parçacığı itmeye karşı, her üç boyutta da tutabilir. Bu bir optik cımbızdır: içinde bir şey yakalanmış bir ışık düğümü.

Ashkin ilk optik tuzaklama makalesini 1970'te yayınladı. Bell Laboratuvarları'nın Teorik Fizik Bölümü başlangıçta reddetti; patronu Rudi Kompfner (Rudi Kompfner) onları geçersiz kıldı ve sadece göndermesini söyledi. O yılın en çok alıntı yapılan makalesi oldu ve o zamandan beri beş binden fazla alıntıyı aştı. 1971'de küçük cam küreleri yerçekimine karşı havaya kaldırdı. Tek huzmeli gradyan tuzağı — gerçek cımbız — 1980'lerde geldi ve teknoloji geleneksel olarak 1986'ya tarihlenir.

Cam Boncuklardan Canlı Hücrelere

Ashkin'i fizik dışında ünlü yapan adım biyolojikti. Sadece lateks küreleri değil, bakterileri, virüsleri ve sonunda tüm canlı hücreleri yakalayabildiğini ve — kritik olarak — kızılötesi ışığa geçerek onları pişirmeden bunu yapabildiğini buldu. Aniden biyologların tek bir organeli tutacak kadar küçük bir çift elleri oldu. Optik cımbızlar, mikro tübüller boyunca yürüyen kinezin (kinesin) gibi moleküler motorlar tarafından üretilen kuvvetleri ölçmek, tek DNA moleküllerini germek ve tek tek hücreleri dokunmadan manipüle etmek için kullanılmaya başlandı.

Fizikte paralel bir miras vardı. Ashkin'in tuzaklama çalışması, Steven Chu'nun (Steven Chu) atomları lazerle soğutması ve tuzaklamasının temelini oluşturdu, bu Chu'ya 1997 Nobel Ödülü'nden bir pay kazandırdı ve oradan doğrudan Bose-Einstein yoğunlaşmasına ve atom lazerine beslendi.

Ödül, Yirmi Yıl Gecikmeli

2 Ekim 2018'de, doksan altı yaşında, Ashkin'e, parçacıkları, atomları, virüsleri ve diğer canlı hücreleri lazer huzmesi parmaklarıyla yakalayan optik cımbız icadı için Nobel Fizik Ödülü'nün yarısı verildi. Gérard Mourou (Gérard Mourou) ve Donna Strickland (Donna Strickland), cıvıldayan darbe amplifikasyonu için diğer yarısını paylaştı. Ödül zamanında Nobel alan en yaşlı kişiydi, bu rekor John Goodenough'ın (John Goodenough) doksan yedi yaşında Kimya Ödülü'nü almasına kadar sadece bir yıl sürdü.

Diğer onurlar istikrarlı bir şekilde birikti: 1984'te Ulusal Mühendislik Akademisi ve 1996'da Ulusal Bilimler Akademisi üyeliği, 1988'de Charles Hard Townes Madalyası (Charles Hard Townes Medal), 1998'de Frederic Ives Madalyası (Frederic Ives Medal), 2003'te Joseph F. Keithley Ödülü (Joseph F. Keithley Award), 2004'te Harvey Ödülü (Harvey Prize) ve 2013'te Ulusal Mucitler Onur Listesi'ne alınma. 1992'de Bell Laboratuvarları'ndan emekli oldu ve Rumson, New Jersey'deki evinin bodrum katındaki bir laboratuvarda çalışmaya devam etti.

Arthur Neden Dahi Olarak Adlandırılıyor

Ashkin'in kariyerinde sergilenen kalite ham analitik beygir gücü değildir — o bir teorisyen değildi ve radyasyon basıncının fiziği o dokunmadan önce iyi kurulmuştu. Bu daha nadir ve öğretilmesi daha zor bir şey: kurumsal teşvik olmaksızın elli yıl boyunca bir sorunun peşinden gitme sabrıyla birleşen sıra dışı derecede gerçek bir hayal gücü.

Herkes ışığın momentum taşıdığını biliyordu. Ashkin, onunla gerçekten bir şey almaya çalışsanız ne olacağını soran ve sonra çalışana kadar cihaz inşa etmeye devam eden kişiydi. 1970 makalesi kendi kurumunun teori grubu tarafından reddedildi. Ona aslında etkinin önemli olmayacak kadar zayıf olduğu söylendi. O haklıydı ve onlar yanılıyordu ve onu haklı çıkaran şey, şeffaf bir boncuğun bir huzmeyi nasıl kırdığına dair fiziksel bir sezgiydi — bir denklem değil, zihinsel bir resim.

Dürüst karşı tez: yeni bir fizik keşfetmedi. Optik cımbızlar anlaşılan ilkelerin parlak bir uygulamasıdır ve Nobel, sonunda, bir alet için geldi. O dönemdeki Bell Laboratuvarları, iyi insanları üretken insanlara dönüştürmek için olağanüstü bir makineydi ve Ashkin'in şüphecileri görmezden gelmeye istekli bir patronla kırk yılı vardı. Tekniği vazgeçilmez kılan biyolojinin çoğu başkaları tarafından yapıldı. Gerçekten ona ait olan, orijinal fikrin inadı ve bugün dünya çapındaki laboratuvarlarda kullanılan bir tekniğin, dönen bir oyuncak parçasına bakarken çocukken ilk sorduğu soruyu bırakmayı reddeden bir adamdan gelmiş olmasıdır.

Miras

Ashkin, 21 Eylül 2020'de doksan sekiz yaşında öldü. Üç çocuğu — Cornell'de sanat profesörü Michael, Tai Chi (Tai Chi) eğitmeni Judith ve seramik bilimcisi Daniel — hiçbiri fiziğe giden yolda onu takip etmedi. Onun aleti daha iyi iş çıkardı. Optik cımbız artık hücre biyolojisi, biyofizik ve atom fiziğinde standart ekipmandır ve 1970'te bir sihirbazlık numarası gibi gelen canlı bir bakteriyi bir ışık huzmesinde hareketsiz tutma yeteneği, artık lisansüstü bir öğrencinin öğle yemeğinden önce kurduğu bir şeydir.