Tương lai của khoa học hậu laser (3)

Hơn 10 năm qua, người ta đã có thể tiến hành những thí nghiệm trong lĩnh vực vật lí y sinh mà trước đây chỉ là những giấc mơ hão huyền.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tương lai của khoa học hậu laser (3) Tương lai của khoa học hậu laser (3)Vật lí y sinh Steven Block Steven Block là một nhà sinh lí học tại trường đại học Stanford, California, Hoa Kì. Thiên văn học Vật lí nguyên tử  Hơn 10 năm qua, người ta đã có thể tiến hành những thí nghiệm trong lĩnhvực vật lí y sinh mà trước đây chỉ là những giấc mơ hão huyền. Thí dụ, tôi làm việctrong một lĩnh vực gọi là sinh lí học đơn phân tử. Trong lĩnh vực này, thách thức lànghiên cứu các phân tử của sự sống – các protein, acid nucleic, carbohydrate vànhững hóa chất khác cấu tạo nên cơ thể chúng ta – theo kiểu đúng nghĩa là từngphân tử một. Công việc này chẳng dễ gì thực hiện, vì tất cả các phân tử sinh họcđều quá nhỏ để nhìn thấy, nói thí dụ, qua một kính hiển vi thông thường. Tuynhiên, chúng tôi đang nhận thấy rằng người ta có thể thao tác và đo lường chúng,và các kĩ thuật sử dụng trong nghiên cứu như vậy thường đòi hỏi các laser. Một kĩ thuật mà phòng thí nghiệm của tôi đã giúp đi tiên phong gọi là “nhípquang học”. Ý tưởng cơ sở của nhíp quang là bạn có thể sử dụng áp suất bức xạ domột chùm laser hồng ngoại cung cấp để bắt giữ và thao tác với các chất liệu nhỏbé – bao gồm từng cá thể protein và acid nucleic – làm cho chúng hiện diện dướikính hiển vi. Để làm như vậy, chúng tôi móc các hạt vi mô nhỏ xíu với các phân tửnhư ADN. Sau đó, chúng tôi có thể sử dụng nhíp quang và bẫy quang để “đè giữ”lên những hạt này và tác dụng những lực rất nhỏ, có thể điều khiển lên các phân tửADN. Các laser mà chúng tôi sử dụng trong công việc này có một số tính chất hếtsức tuyệt vời – chúng không giống như laser trong đèn trỏ laser hay máy hát CDcủa bạn. Chúng tôi cần có thể giữ một chùm laser ổn định trong không gian trongvòng đường kính của một nguyên tử hydrogen, hay khoảng 1 Å, mỗi lần trong vàigiây. Đây là vì các cặp base trong phân tử ADN chỉ cách nhau khoảng 3.5 Å, và mộttrong những thứ chúng tôi thích nghiên cứu là enzyme ARN-polymerase, cái “đọc”ra mã gen, di chuyển như thế nào khi nó trèo lên thang ADN, mỗi lần từng cặp basemột. Thật thú vị là chúng tôi có thể quan sát điều này xảy ra, và nó phụ thuộchoàn toàn vào việc có thể chiếu ánh sáng laser lên trên enzyme, làm tán xạ ánhsáng đó và đo các dịch chuyển chính xác đến một angstrom. Chúng tôi đã và đangliên tục tìm kiếm các laser với công suất cao hơn hoạt động trong mốt đơn và cócác tính chất ổn định hơn. Một số thế hệ mới của các diode laser hiện đã đạt tớimức chúng có thể dùng cho những thí nghiệm này, nhưng phần lớn chúng vẫn nằmngoài phòng thí nghiệm, tính cho đến nay. Sẽ rất hấp dẫn một khi chúng được sửdụng. Tương lai của khoa học hậu laser (2) Vật lí nguyên tử William D Phillips William D Philips là một nhà vật lí tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ quốc giaHoa Kì (NIST) ở Gaithersburg, Maryland, Mĩ. Ông đạt giải thưởng Nobel vật lí năm1997 cùng với Claude Cohen-Tannoudji và Steven Chu cho kĩ thuật làm lạnh và bẫynguyên tử bằng ánh sáng laser. Xem thêm: Thiên văn học  Vào đầu những năm 1970, tôi là một nghiên cứu sinh trẻ trong nhóm nghiêncứu của Dan Kleppner tại Viện Công nghệ Massachusetts, thực hiện một luận ánliên quan đến việc tiến hành các phép đo chính xác với một maser hydrogen từtrường cao (maser là tiền thân dạng vi sóng của laser, cái ban đầu được gọi là“maser quang học”). Kleppner và Norman Ramsey đã phát minh ra một phiên bảntrường thấp của maser hydrogen trước đó hơn một thập kỉ, và phiên bản trườngcao đang tạo ra những phép đo chính xác không có tiền lệ của các mômen từ trongnguyên tử - một loại đỉnh cao thuộc loại này của ngành vật lí nguyên tử. Nhưng rồi xuất hiện một phát triển mới sẽ làm thay đổi xu hướng nghiêncứu trong phòng thí nghiệm của Dan, trong sự nghiệp của tôi và trong tổng thểngành vật lí nguyên tử: laser thương mại, sóng liên tục, màu tùy chỉnh đầu tiên.Môi trường phát laser trong những dụng cụ này là một chất nhuộm hữu cơ phát ratrên một ngưỡng rộng bước sóng hơn, thí dụ, một laser helium-neon, trong đó môitrường khuếch đại là một chất khí nguy ên tử. Sự xuất hiện của những dụng cụ nàycó nghĩa là ngay cả những người không phải chuyên gia trong lĩnh vực thiết kế vàchế tạo laser cũng có thể, bằng cách điều khiển một laser đến một chuyển tiếp cộnghưởng nguyên tử, khảo sát một lĩnh vực mới của việc thao tác trên nguyên tử nơiánh sáng kết hợp là công cụ chủ chốt. Hăm hở trước những món đồ chơi mới này, tôi nhờ Dan đề xuất một thínghiệm nữa cho luận án sử dụng laser. Ông đồng ý, và đề nghị tôi nghiên cứu cácva chạm của các nguyên tử sodium [natri] bị kích thích quang học. Tôi bắt đầu chếtạo thiết bị. Các sinh viên và nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ khác trong nhóm đồngt ...