Nobelprijs voor bedenkers van gereedschap dat is gemaakt van licht

Het Nobelcomité maakte dinsdagmiddag bekend wie de Nobelprijs voor natuurkunde hebben gewonnen. Beeld EPA
Het Nobelcomité maakte dinsdagmiddag bekend wie de Nobelprijs voor natuurkunde hebben gewonnen.Beeld EPA

Drie fysici delen de Nobelprijs voor natuurkunde omdat ze bedachten hoe ze laserlicht konden gebruiken als instrument. Een van hen is een vrouw, de eerste vrouwelijke winnares in ruim een halve eeuw.

Joep Engels

In de moderne samenleving zijn lasers niet meer weg te denken. Ze lezen de informatie af van cd’s of harde schijven in computers, ze worden bij kassa’s gebruikt om streepjescodes te scannen en ze zijn goed voor spectaculaire lichtshows. Maar lasers worden ook gebruikt als gereedschap, om iets vast te pakken of te snijden. Ook met die toepassingen hebben ze het dagelijks leven bereikt, bijvoorbeeld bij het laseren voor oogcorrecties. Maar ze hebben ook nieuwe terreinen in het wetenschappelijk onderzoek geopend.

De winnaars van de Nobelprijs voor natuurkunde stonden aan de basis van dit soort gereedschappen, gemaakt van licht.

Mats Larsson, lid van het Nobelcomité legt het werk van de drie winnaars uit.  Beeld REUTERS
Mats Larsson, lid van het Nobelcomité legt het werk van de drie winnaars uit.Beeld REUTERS

De Amerikaan Arthur Ashkin (1922) vond een techniek uit om met laserlicht zeer kleine deeltjes, zoals atomen en moleculen, maar ook virussen en bacteriën, vast te pakken. De fysicus van de Cornell universiteit in New York was in de jaren zestig geïnspireerd door 'Star Trek', de sf-serie waarin met een trekstraal voorwerpen uit de ruimte konden worden geplukt.

Dat plukken was pure fictie, maar Ashkin fantaseerde dat je met laserlicht – het apparaat was in 1960 uitgevonden – wel tegen zeer kleine objecten zoals atomen kon duwen. En dat je ze misschien ook wel kon grijpen. Vergelijk het met een pingpongballetje dat je met een föhn kunt vasthouden – een leuk proefje om thuis te doen. De lucht van de föhn botst tegen het balletje zijwaarts waardoor het balletje zelf in het midden van de straal wordt gehouden. Als laserlicht maar strak genoeg gefocust is, dan zou zoiets met atomen moeten lukken, bedacht Ashkin.

Het optisch pincet

Na vele tegenslagen lukte het hem uiteindelijk in 1986 om met laserlicht een optisch pincet te maken. Vervolgens stortte hij zich op biologische systemen. Na enig geëxperimenteer lukte het hem om bijvoorbeeld bacteriën vast te pakken zonder ze kapot te maken. De techniek wordt tegenwoordig ook gebruikt om DNA te bestuderen, vertelt Martin van Exter, hoogleraar optica aan de Universiteit Leiden. “Het DNA is zelf te teer; daarom bevestigen we kleine glazen bolletjes aan de uiteinden. Die kunnen we met het optisch pincet vastpakken, waarna we het DNA kunnen uitrekken.”

Ongeveer in dezelfde periode ontwikkelden Gérard Mourou (1944) en Donna Strickland (1959) een geheel ander instrument met laserlicht. Zij slaagden erin het laserlicht in ultrakorte pulsjes te concentreren waardoor ze (biologische) materialen konden bewerken zonder ze kapot te maken.

Het probleem was dat als je de energie concentreerde, ook het apparaat waarmee je dat deed, kapot brandde. Van Exter: “Ze bedachten een truc. Ze maakten een redelijk intense puls en trokken die uiteen. In feite scheidden ze de kleuren waardoor de puls een soort regenboogtrein werd. Die versterkten ze waarna ze het geheel weer samenpersten. De puls die ze zo verkregen, was zo ultrakort dat het materiaal dat ze ermee bewerkten de tijd niet kreeg om te verbranden.”

Met deze brute lichtkracht ruk je wel elektronen los uit moleculen zodat je delen van materiaal gecontroleerd kunt wegsnijden. Bijvoorbeeld om zeer fijnmazig data op te slaan, maar ook om microscopische stents te maken om bloedvaten te verstevigen. Of om het oog te bewerken voor scherper zicht. De pulsjes worden ook gebruikt als een soort stroboscoop waardoor moleculaire processen op biljoensten van een seconde kunnen worden gevolgd.

Donna Strickland is de eerste vrouw sinds Maria Goeppert-Mayer in 1963, die de Nobelprijs voor natuurkunde ontvangt, en na Marie Curie (1903) pas de derde in de hele Nobelgeschiedenis. “We moeten ons gelukkig prijzen met de vele vrouwelijke fysici die er zijn”, zei Strickland in een eerste reactie. “Ik ben vereerd één van hen te zijn.”

Vorig jaar ging de Nobelprijs voor natuurkunde naar de eerste registratie van zwaartekrachtgolven. Gisteren werd bekend dat James Allison en Tasuku Honjo de Nobelprijs voor geneeskunde hebben gekregen voor hun baanbrekende werk aan de immuuntherapie. Woensdag wordt de winnaar van de Nobelprijs voor chemie bekendgemaakt.

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2022 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden