19 October Friday

ലേസര്‍ ചവണയ്ക്ക് ഭൗതികശാസ്ത്ര നൊബേൽ

ഡോ. സംഗീത ചേനംപുല്ലിUpdated: Thursday Oct 11, 2018

പ്രകാശം ഉപയോഗിച്ച് വസ്തുക്കളെ തള്ളിമാറ്റാനും നിരക്കിനീക്കാനും കഴിയുകയെന്നത് ഒരുകാലത്ത് വിചിത്രമായ ശാസ്ത്രഭാവനമാത്രമായിരുന്നു. കൽപ്പിതകഥകളിൽമാത്രം ഒതുങ്ങിയ ആ സാധ്യതയെ യാഥാർഥ്യമാക്കിയ അമേരിക്കയിലെ ബെൽ ലബോറട്ടറിയിൽ ശാസ്ത്രജ്ഞനായ ആർതർ ആഷ്കിനും അതിതീവ്രമായ ലേസർപ്രകാശധാരകൾ നിർമിക്കാനുള്ള സാങ്കേതികവിദ്യ രൂപപ്പെടുത്തിയ ഫ്രഞ്ച് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജെറാർഡ് മൂറോ, കനഡയിലെ വാട്ടർലൂ സർവകലാശാലയിൽ അസോസിയേറ്റ് പ്രൊഫസറായ ഡോണ സ്ട്രിക്ക്ലാൻറ് എന്നിവരുമാണ് 2018ലെ ഭൗതികശാസ്ത്ര നൊബേൽ പങ്കിട്ടത്.

വെളിച്ചത്തിന്  ബലമുണ്ടോ?
പ്രകാശത്തിന്റെ ഊർജത്തിന് വസ്തുക്കളെ ചലിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന ആശയം ആദ്യമായി മുന്നോട്ടുവച്ചത് ജോഹാനെസ് കെപ്ലർ ആയിരുന്നു. തുടർന്ന് ജയിംസ് ക്ലാർക്ക് മാക്സ്വെൽ ഇത് സൈദ്ധാന്തികമായി ശരിവയ‌്ക്കുകയും ലെബെഡേവും നിക്കോൾസും ഹള്ളുമടങ്ങിയ ഗവേഷകസംഘം പരീക്ഷണത്തിലൂടെ തെളിയിക്കുകയുംചെയ്തു. എന്നാൽ, ദൈനംദിന ജീവിതസാഹചര്യങ്ങളിൽ ഒരു ചലനവുമുണ്ടാക്കാൻ സാധാരണ ഉപയോഗിക്കുന്ന പ്രകാശസ്രോതസ്സുകളുണ്ടാക്കുന്ന മർദത്തിന് കഴിയില്ല. എങ്കിലും 1960കളിൽ ലേസർ കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടതോടെ അതിതീവ്രവും കേന്ദ്രീകൃതവുമായ പ്രകാശരശ്മികൾ ഉപയോഗിക്കാവുന്ന അവസ്ഥയുണ്ടായി. ധവളപ്രകാശം പലവർണങ്ങൾ കലർന്നതും എല്ലാ ദിശയിലും ചലിക്കുന്ന പ്രകാശതരംഗങ്ങൾ കൂടിച്ചേർന്നതുമാണ്. എന്നാൽ, ലേസർരശ്മികൾ ഒറ്റദിശയിൽമാത്രം കേന്ദ്രീകരിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. പോയിന്റർമുതൽ ബാർകോഡ്റീഡർവരെ വിവിധരംഗങ്ങളിൽ ഇവ ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. അതിസൂക്ഷ്മവും ഉയർന്ന ഊർജമുള്ളതുമായ ലേസർരശ്മികൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന കണ്ണിലെ ലാസിക് ശസ്ത്രക്രിയപോലുള്ള ഉപയോഗങ്ങൾ സാധ്യമാക്കിയത് ഇത്തവണ നൊബേൽ നേടിയ ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ കണ്ടെത്തലുകളാണ്.

ലേസർ കണ്ടെത്തിയകാലത്തുതന്നെ ആ മേഖലയിൽ ഗവേഷണമാരംഭിച്ച ആഷ്കിൻ, ലേസർരശ്മി ഉപയോഗിച്ച് സൂക്ഷ്മമായ കണികകളെ ചലിപ്പിക്കാനുള്ള ശ്രമമാരംഭിച്ചു. സുതാര്യമായ സൂക്ഷ്മഗോളങ്ങൾക്കുനേരെ ലേസർരശ്മി പായിച്ചപ്പോൾ അവ പ്രകാശരശ്മിയുടെ മധ്യഭാഗത്തേക്ക് നീങ്ങുന്നതായി അദ്ദേഹം മനസ്സിലാക്കി. ലേസർരശ്മിയുടെ പ്രകാശതീവ്രത മധ്യത്തിൽനിന്ന് വശങ്ങളിലേക്ക് പോകുംതോറും കുറയുന്നു. കേന്ദ്രവും അരികുകളും തമ്മിലുള്ള ഈ മർദവ്യത്യാസമാണ് കണികകളെ മധ്യഭാഗത്തേക്ക് തള്ളിനീക്കുന്നതും അവിടെ കേന്ദ്രീകരിപ്പിക്കുന്നതും. ഉയർന്ന ശേഷിയുള്ള ഒരു ലെൻസ്‌‌കൂടി ഉൾപ്പെടുത്തി പ്രകാശകണികകളെ ഒരു പ്രത്യേക ബിന്ദുവിൽ പിടിച്ചുനിർത്താനും കഴിഞ്ഞു. ഈ സംവിധാനമാണ് പിന്നീട് പ്രകാശചവണ എന്നറിയപ്പെട്ടത്.  ഓരോ ആറ്റങ്ങളെയായി പിടിച്ചെടുക്കാനാവുന്ന അവസ്ഥയിലേക്ക് പിന്നീട് ഇത് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. ഇതിനായി ആറ്റങ്ങളുടെ കമ്പനനിരക്ക് കുറയ‌്ക്കേണ്ടതുണ്ടായിരുന്നു. ഈ ശ്രമങ്ങൾ മറ്റൊരു ശാസ്ത്രശാഖയ‌്ക്ക് വഴിവെട്ടുകയുംചെയ്തു.

എന്നാൽ, ജീവശാസ്ത്രപരമായ ഉപയോഗങ്ങളിലേക്ക് ആഷ്കിന്റെ ഗവേഷണം എത്തുന്നത് തികച്ചും യാദൃച്ഛികമായാണ്. ചെറിയ കണികകൾക്കുമേൽ ലേസറിന്റെ പ്രഭാവം മനസ്സിലാക്കാനായി വൈറസുകളെ ഉപയോഗിച്ച് അദ്ദേഹം പഠനം നടത്തുകയായിരുന്നു. രാത്രിയിൽ തുറന്നിട്ട നിലയിൽ  പ്രവർത്തിച്ചുകൊണ്ടിരുന്ന ലേസർചവണയിൽ പിറ്റേന്ന് രാവിലെ പല ചെറുവസ്തുക്കളും വന്നടിഞ്ഞതായും, മൈക്രോസ്കോപ്പിന്റെ സഹായത്തോടെ ഇവ ബാക്ടീരിയകളാണെന്നും കണ്ടെത്തി. എന്നാൽ, അദ്ദേഹം ഉപയോഗിച്ച തീക്ഷ്ണമായ പച്ച ലേസർരശ്മി ഏറ്റ് അവ ചത്തുപോയിരുന്നു. ഇൻഫ്രാറെഡ‌് കിരണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് ഈ പരിമിതി മറികടന്നത്. ബാക്ടീരിയകൾക്ക് പ്രകാശക്കെണിക്കകത്തുതന്നെ പ്രത്യുല്പാദനം നടത്താൻ കഴിയുമെന്നും കണ്ടെത്തി. തുടർന്ന് പല ജൈവകണികകളിലും ഗവേഷണം തുടരുകയും കോശത്തിനകത്തെ മോട്ടോർ പ്രോട്ടീനുകളുടെ അടക്കം പ്രവർത്തനം പഠിക്കാൻ അദ്ദേഹത്തിന് സാധിക്കുകയുംചെയ്തു.

ഇന്ന് സൂക്ഷ്മവും അല്ലാത്തതുമായ വസ്തുക്കളെ ചലിപ്പിക്കാനും തിരിക്കാനും മുറിക്കാനുമെല്ലാം ലേസർചവണകൾ ഉപയോഗിക്കാനാകും. നിരീക്ഷിക്കുന്ന വസ്തുവിനെ തൊടാതെതന്നെ ഇത് സാധ്യമാണ്. ഡിഎൻഎ, ഒറ്റ പ്രോട്ടീൻ തന്മാത്രകൾ എന്നിവയെപ്പറ്റിയൊക്കെ പഠിക്കാനും ഉപയോഗിക്കുന്നു. മലേറിയപോലുള്ള രോഗങ്ങളിൽ രോഗബാധിതമായ രക്തകോശങ്ങളെമാത്രം തെരഞ്ഞുപിടിച്ച് നശിപ്പിക്കാനും പ്രകാശചവണ ഉപയോഗിക്കാം. ഒപ്റ്റിക്കൽ ഹോളോഗ്രഫിരംഗത്തും വലിയ സാധ്യതകൾ തുറക്കപ്പെട്ടുകഴിഞ്ഞു.

വലിച്ചുനീട്ടിയും ചുരുക്കിയെടുത്തും ശക്തികൂട്ടാം

തരംഗദൈർഘ്യം കുറഞ്ഞ ലേസർസ്പന്ദനങ്ങളുടെ തീവ്രത കൂട്ടാനുള്ള ശ്രമങ്ങൾ ആരംഭകാലത്തുതന്നെ നടക്കുന്നുണ്ടായിരുന്നു. എന്നാൽ, ഒരു പരിധിക്കപ്പുറം തീവ്രത കൂട്ടിയാൽ ആംപ്ലിഫയറായി ഉപയോഗിക്കുന്ന വസ്തുതന്നെ നശിച്ചുപോകുകയായിരുന്നു പതിവ്. ഈ പരിമിതിയെ മറികടന്ന് അതിതീവ്ര ലേസർപൾസുകൾ നിർമിക്കാനുള്ള സാങ്കേതികവിദ്യ കണ്ടെത്തിയത് ജെറാർഡ് മൂറോയും ഡോണ സ്ട്രിക്ക്ലന്റും ചേർന്നായിരുന്നു. ദൈർഘ്യം കുറഞ്ഞ ഒരു ലേസർക്കാനുള്ള സാങ്കേതികവിദ്യ കണ്ടെത്തിയത് ജെറാർഡ് മൂറോയും ഡോണ സ്ട്രിക്ക്ലാന്റും ചേർന്നായിരുന്നു. ദൈർഘ്യം കുറഞ്ഞ ഒരു ലേസർസ്പന്ദനത്തെ വലിച്ചുനീട്ടിയശേഷം തീവ്രത കൂട്ടുകയും പിന്നീട് ചുരുക്കിയെടുക്കുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ അതിന്റെ തീവ്രത ആദ്യത്തേതിനേക്കാൾ ആയിരക്കണക്കിന് മടങ്ങ്‌ വർധിക്കുന്നു. ചിർപ്പ്ഡ് പൾസ് ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ എന്നാണ് ഇത് അറിയപ്പെടുന്നത്.

ഡോണയുടെ ആദ്യത്തെ ഗവേഷണ പ്രസിദ്ധീകരണംതന്നെ ഇതായിരുന്നു. ലേസർസ്പന്ദനത്തെ വലിച്ചുനീട്ടാനും ചുരുക്കിയെടുക്കാനും അനുയോജ്യമായ വസ്തുക്കൾ കണ്ടെത്തുകയും ഇവ സമയവ്യതിയാനം വരാത്തരീതിയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു എന്നുറപ്പുവരുത്തുകയും ചെയ്യേണ്ടിയിരുന്നു. നിരവധി പരീക്ഷണങ്ങൾക്കുശേഷം 1985ൽ ഇവർ വിജയംകണ്ടു. അതിതീവ്രലേസറുകൾ നിർമിക്കാൻ ഇവർ കണ്ടെത്തിയ സാങ്കേതികവിദ്യ ഇന്ന് എല്ലാ ശാസ്ത്രരംഗങ്ങളിലും ഉപയോഗിക്കുന്നു. ആറ്റങ്ങൾക്കിടയിൽ സെക്കൻഡിന്റെ കോടിക്കണക്കിന് അംശത്തിലൊന്നുമാത്രം സമയമെടുത്ത് നടക്കുന്ന  പ്രവർത്തനങ്ങളെ നിരീക്ഷിക്കാൻ അതിതീവ്രലേസറുകൾമാത്രമാണ് മാർഗം. വൈദ്യുതി കടത്തിവിടാത്ത വസ്തുക്കളെ ചാലകങ്ങളായി മാറ്റുക, ലോഹങ്ങളിലും ശരീരഭാഗങ്ങളിലും തുളച്ച് ദ്വാരങ്ങൾ തീർക്കുക, ശാസ്ത്രക്രിയകൾക്കുള്ള സ്റ്റെന്റുകൾ നിർമിക്കുക, കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെട്ട ഡാറ്റ സ്റ്റോറേജ്  സൗകര്യങ്ങൾ വികസിപ്പിക്കുക എന്നിവയെല്ലാം സാധ്യമാക്കിയത് ചിർപ‌്‌ഡ‌് പൾസ് ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ ഉപയോഗിച്ചാണ്. നമുക്കേറെ പരിചയമുള്ള കണ്ണിന്റെ ലാസിക് സർജറിക്കു പിന്നിലും  മൂറോയുടെയും ഡോണയുടെയും കണ്ടെത്തലാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. അതിതീവ്ര ഹ്രസ്വസ്പന്ദ ലേസറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനം പഠിക്കാനുള്ള സാധ്യതയും തെളിഞ്ഞിരിക്കുന്നു. ഭാവിയിൽ ഇലക‌്‌ട്രോണിക‌്‌സ‌്  അടക്കമുള്ള പല മേഖലകളെ ഇത് മാറ്റിമറിക്കും.


പ്രധാന വാർത്തകൾ
Top