Версия для печати
Вернуться к списку

Лазерный прорыв

ИДЕИ РОССИЙСКОГО ФИЗИКА ПРЕОБРАЗИЛИ МИРОВУЮ НАУКУ

Международный симпозиум по лазерной физике и спектроскопии, состоявшийся недавно в Институте спектроскопии РАН в Троицке, был посвящен юбилею выдающегося российского ученого Владилена Летохова. С этим институтом связаны пионерские исследования В.Летохова в области лазерной физики и ее применений, в частности, лазерного охлаждения атомов. Программа симпозиума охватывала лазерную спектроскопию атомов, ионов, молекул, кластеров, конденсированных сред, оптику и спектроскопию отдельных нанообъектов и наноструктур, лазерную акустику и многое другое. В течение двух дней на приуроченном к 80-летию ученого форуме звучали доклады его учеников и коллег – ведущих исследователей, съехавшихся со всего мира. О том, как развиваются сегодня заложенные В.Летоховым научные направления, «Поиску» рассказал директор Института спектроскопии, доктор физико-математических наук Виктор ЗАДКОВ.

– Нам удалось собрать замечательных ученых, в том числе тех, кто напрямую сотрудничал с В.Летоховым, – поделился В.Задков. – Среди них был один из ведущих специалистов в мире, директор института квантовой оптики Общества Макса Планка в Гархинге Ференц Краус, который занимается аттосекундной физикой, генерацией аттосекундных импульсов и их применением в различных областях, в том числе в медицине. Он делал доклад совместно со своей сотрудницей Михаэлой Жигман, которая участвует в проекте, связанном с использованием этих импульсов в медицине. Это фантастическая работа, в докладе шла речь о недавних результатах, публикаций о которых еще нет.

– Что вызывает столь высокую оценку?

– Проект состоит из довольно простой последовательности действий. Вы берете каплю крови пациента, пропускаете через нее аттосекундный импульс (машины для их генерации существуют в десятках лабораторий мира), после чего этот импульс трансформируется с помощью тонкой микронной пластинки кварца в электрический сигнал, который регистрируется и преобразуется в Фурье-спектр сигнала импульса, прошедшего через каплю крови. Оказывается, он несет детальнейшую информацию о состоянии здоровья человека.

– Какую именно?

– Всю. О состоянии органов, о том, как работают разные системы, даже о наличии злокачественных опухолей! Идея проекта такова: накапливается банк данных по крови, взятой у разных людей (сейчас это десятки тысяч пациентов), затем с использованием методов машинного обучения создается нейросеть, которая на большом числе выборок учится определять параметры различных заболеваний человека. Ференц Краус с коллегами настроили ее на выявление наличия разных видов опухолей: саркомы, рака груди, почек, простаты, легких, пищевода и т.п. Оказалось, что по капле крови они сегодня могут диагностировать 3-ю и 4-ю степени большинства злокачественных опухолей. Это неплохо, потому что, например, рак желудка в настоящее время уверенно определяется только на последней стадии.

Другими словами, импульсная технология позволяет записать информацию в виде спектра данных, что дает возможность определить не только рак, но и вообще любое системное заболевание. Это абсолютно универсальная методика.

– Как связаны эти исследования с именем В.Летохова, с вашим институтом?

– Одно из научных направлений, которое развивал Владилен Степанович, – лазерная биомедицина. Например, у него есть работы по использованию лазерной акустики в медицинских целях. Ринат Есеналиев, один из наших бывших сотрудников (сейчас работает в Университете Техаса, США), ведущий специалист по использованию оптоакустической спектроскопии в биомедицине, применяет ее и для диагностики, и для терапии. Лазерная оптоакустика сейчас позволяет определять рак груди у женщин на начальной стадии, когда размер опухоли составляет всего 1-2 мм и ни один другой прибор ее не видит. Причем сразу можно установить, злокачественное это новообразование или нет, без взятия материала для биопсии. И в основе этих методов лежат исследования, которые были инициированы В.Летоховым.

Другое направление, которым занимались Владилен Степанович и наш институт, – это всевозможные виды спектроскопии. На эту тему выступал Алексей Желтиков, один из лидеров в России по генерации ультракоротких импульсов в среднем инфракрасном диапазоне. Великолепный доклад сделал Йенс Биггерт из Института оптики и фотоники в Барселоне – по спектроскопии рентгеновских лучей: это совершенно новая вещь! Аркадий Ярцев, наш бывший сотрудник, приехал из Швеции и рассказал о рекомбинации наноразмерных зарядов в полупроводниках.

В.Летохов развивал много направлений: лазерную физику, лазерное охлаждение атомов, лазерную химию. В частности, им были сделаны пионерские исследования по лазерному разделению изотопов молекул. Первые эксперименты по лазерному разделению атомов были выполнены в нашем институте. Один из участников пионерских экспериментов по лазерному охлаждению атомов – Виктор Балыкин – сделал общий доклад о научной карьере В.Летохова.

Приехал на симпозиум и директор Института квантовой оптики и квантовой информатики Австрийской академии наук Рудольф Грим, который целый год работал постдоком у В.Летохова, занимаясь созданием дипольной оптической ловушки для одиночных атомов.

С В.Летоховым сотрудничал и еще один докладчик – Марсиаль Дюклуа (бывший президент Европейского физического общества). Ему совместно с В.Летоховым и Василием Климовым принадлежит большой цикл работ по нанофотонике. Он был одним из основателей этой области. Посетили симпозиум и другие известные ученые, звезды квантовой физики и холодных атомов: президент Французского физического общества Мишель Леду, президент Физического общества Германии, директор Института прикладной физики в Бонне Дитер Мешеде, директор Института Макса Планка в Эрлангене, руководитель мегагранта в Институте прикладной физики (Нижний Новгород) Герд Лейкс, член исполнительного комитета Европейского физического общества (Франция) Люк Берже, Василий Климов (ФИАН), Виктор Лощенов (ИОФАН) и другие.

– Какие еще темы поднимались на форуме?

– Мы обсудили тематику, относящуюся к нелинейной физике и ранним работам В.Летохова, связанным со звездами, астрофизикой. Борис Лукьянчук, который сейчас работает в Сингапуре и одновременно на физическом факультете МГУ выполняет проект по мегагранту, сделал обзор ранних работ по лазерной термохимии.

Кстати, в этом году Европейским физическим обществом совместно с РАН была учреждена высшая физическая награда – медаль имени Владилена Летохова за прорывные работы в области взаимодействия лазерного излучения с веществом. Ее первым получателем стал Ференц Краус за исследования в области аттосекундной физики, а интерес к самой медали оказался феноменальным – были получены 17 заявок от ученых мирового уровня! Это первая медаль такого масштаба имени российского и советского ученого, присуждаемая международным научным сообществом.

– Можно ли сказать, что в тех научных направлениях, о которых вы рассказали, Россия по-прежнему является «законодателем мод» в мире?

– Те направления, которыми занимался В.Летотхов, сейчас выросли в огромное количество приложений и применений. По сути, это – целые науки. Что касается холодных атомов, то Россия входит в число стран, которые им активно занимаются, хотя нельзя сказать, что мы являемся лидерами. В стране есть лаборатории, которые имеют международное признание: в ИСАН, Институте лазерной физики в Новосибирске, ФИАН, Институте прикладной физики в Нижнем Новгороде. Но у нас есть и отставание, например, в создании атомных чипов. К сожалению, это перспективное направление в России не развивается. Мы хотим открыть соответствующую лабораторию в нашем институте и подаем заявки на финансирование.

Что касается молекулярной спектроскопии, здесь мы по-прежнему остаемся лидерами. А в области лазерного разделения изотопов современными технологиями сейчас владеют всего две страны – США и Россия.