Gérard Mourou: Nobel Lecture in Physics, 2018

Tóm tắt ngắn:

Bài thuyết trình chính xoay quanh ứng dụng của laser cường độ cực cao, đặc biệt là kỹ thuật khuếch đại xung chirped pulse amplification (CPA).
Các điểm chính bao gồm: phát triển CPA, khả năng tăng cường độ laser lên mức petawatt, ứng dụng trong gia tốc hạt đến tốc độ ánh sáng (vật lý tương đối tính), vi gia công chính xác, phẫu thuật mắt, và tiềm năng trong điều trị ung thư bằng proton và xử lý chất thải hạt nhân.
Ứng dụng bao gồm: vi gia công vật liệu, phẫu thuật mắt, điều trị ung thư, và xử lý chất thải hạt nhân. Công nghệ này mở ra nhiều khả năng nghiên cứu mới trong vật lý, y học và công nghệ.
Phương pháp CPA được mô tả chi tiết: kéo dài xung, khuếch đại, và nén xung để đạt được cường độ cao.

Tóm tắt chi tiết:

Bài thuyết trình của Giáo sư Gérard Mourou tập trung vào tiềm năng của laser cường độ cực cao, đạt được nhờ kỹ thuật CPA (Chirped Pulse Amplification) mà ông và Donna Strickland đã phát triển. Bài nói chia thành các phần chính sau:

Phần 1: Giới thiệu và Lịch sử: Bài thuyết trình bắt đầu bằng tiểu sử ngắn gọn của Giáo sư Mourou và sự hợp tác với Donna Strickland trong việc phát triển CPA. Ông nhấn mạnh sự đột phá của CPA so với các kỹ thuật laser trước đó, cho phép đạt được cường độ chưa từng có mà không bị giới hạn bởi sự phá hủy vật liệu.

Phần 2: Khả năng của Ánh sáng Cường Độ Cao: Mourou thảo luận về những điều thú vị có thể làm được với ánh sáng cường độ cao. Ông đề cập đến việc làm chậm nguyên tử (đã dẫn đến quang học lượng tử) và ngược lại, gia tốc hạt đến gần tốc độ ánh sáng (quang học tương đối tính), mở ra cánh cửa cho nghiên cứu vật lý hạt nhân, vũ trụ học, và các lĩnh vực khác. Ông nhấn mạnh rằng CPA là chìa khóa để đạt được điều này.

Phần 3: CPA và Cường Độ Laser: Ông giải thích kỹ thuật CPA một cách ngắn gọn, nhấn mạnh tính đột phá của việc sử dụng laser trạng thái rắn thay vì laser nhuộm, và sự quan tâm ban đầu hạn chế đối với công nghệ này. Ông cũng chỉ ra sự gia tăng cường độ laser đáng kể kể từ năm 1985, đạt đến mức petawatt, tương đương hàng nghìn lần công suất của lưới điện toàn cầu (mặc dù chỉ trong thời gian femto giây). Ông mô tả cường độ cao này tạo ra áp suất khổng lồ, lên đến hàng chục triệu atm.

Phần 4: Ứng dụng trong Vi Gia Công và Phẫu thuật Mắt: Mourou trình bày ứng dụng của laser femto giây trong vi gia công chính xác, tạo ra các lỗ nhỏ và sạch sẽ mà không gây hư hại xung quanh. Ông cũng chia sẻ câu chuyện về một tai nạn trong phòng thí nghiệm đã dẫn đến việc phát hiện ra ứng dụng của laser femto giây trong phẫu thuật mắt, đặc biệt là tạo ra các mảnh ghép giác mạc chính xác.

Phần 5: Vật lý Tương đối tính và Tương lai: Ông thảo luận về việc đạt đến chế độ quang học tương đối tính, nơi các electron và thậm chí cả proton chuyển động gần tốc độ ánh sáng. Ông đề cập đến việc tương tác của ánh sáng với chân không ở cường độ cực cao, "đun sôi chân không" và tạo ra các hạt. Ông cũng mô tả công nghệ gia tốc hạt laser Wakefield, cho phép xây dựng máy gia tốc hạt nhỏ gọn hơn nhiều so với các máy gia tốc hiện tại. Ông đề cập đến dự án ELI (Extreme Light Infrastructure) và tiềm năng của việc sử dụng tia X cường độ cao để gia tốc hạt trong chất rắn.

Phần 6: Ứng dụng trong Y học và Xử lý Chất thải Hạt nhân: Mourou nhấn mạnh ứng dụng của laser cường độ cao trong điều trị ung thư bằng proton, cho phép nhắm mục tiêu chính xác vào khối u. Ông cũng đề cập đến tiềm năng sử dụng laser để xử lý chất thải hạt nhân bằng cách biến đổi các đồng vị phóng xạ thành các đồng vị ổn định hơn, một ý tưởng được ông gọi là "khoa học nhà vệ sinh" ("toilet science").

Kết luận: Mourou kết luận rằng ánh sáng cực mạnh có khả năng tạo ra các trường, gia tốc, nhiệt độ và áp suất lớn nhất, mang lại hy vọng và cơ hội cho tương lai của khoa học và công nghệ. Ông tin rằng những điều tốt đẹp nhất vẫn còn ở phía trước.