Steven Chu

A Random Walk in Science

Category: Lectures

Date: 1 July 2015

Duration: 35 min

Quality: HD MD SD

Subtitles: EN DE

Steven Chu (2015) - A Random Walk in Science

I will discuss my random walk in science, from my graduate student on postdoctoral years testing the Weinberg-Salam-Glashow theory of electro-weak forces, and then to energy transfer in condensed matter systems, the spectroscopy of positronium, laser cooling and atom trapping, atom interferometry, single molecule polymer and biophysics

Thank you very much. I just want to proceed. I first want to start, this is not going to be a usual talk. It'll be more a quasi-autobiography to emphasise the fact that life in general is a random walk. I want to show a picture of my parents - a very handsome couple, getting married in 1945. They came from China to go to graduate school here in the United States at MIT. You'd think that a couple like this, how could they have a child like that. (Laughter) That's me. It's a regression to the norm I think. In any case, I went to the University of California Berkeley and I spent eight years there as a graduate student and a postdoc. I want to tell you a little bit about the things I worked on. For example the first project assigned to me by my thesis advisor was a theoretical project. I was a mathematician and a physicist when I was an undergraduate and thought I was going to do theoretical physics. They said that was fine, I could do theoretical physics, and that was the project. I worked on it for three months and decided I enjoyed going in the laboratories, so this is an incomplete. I'm giving myself grades. The next thing was, I love music and I'd listen to a violin play music very rapidly, a passage. If the violin has missed a note you could pick it out. I did a little calculation and said, the uncertainty in frequency and the uncertainty in time has to be at least equal to one or greater than one." I set up a little experiment and had my subjects, fellow graduate students. I would tune a frequency, they would tell me by tuning another dial what frequency it was. The good people could violate this uncertainty by about twenty-fold, twenty times less than delta ny delta t = 1. I spent a week on that, it was a success and that convinced me; it wasn't published but it convinced me I really should be an experimentalist. Then I worked beta-decay of weak interactions, I spent a year on that. My advisors and I both said, "Let's look for something more interesting." So I got another incomplete. I worked on using lasers to excite highly ionized hydrogen atoms in an accelerator to measure the Lamb Shift. I spent a year on that, another incomplete. You have to understand, by this time I was a graduate student, I was three and a half years into my graduate studies. I have a list on incompletes, one success - never published - and about to begin another thesis experiment. This is really an auspicious beginning. What happened next? What happened next is both my advisor and I felt that there was a potential using atomic physics to test a theory that unified weak and electromagnetic interactions. I said, "I want to do this experiment". He says, "I agree." We stopped what we were doing and we started to do this work. I worked on it my final two and half years as a postdoc. I give myself a C on this because we didn't measure what we wanted to measure. It was much harder than we thought, so my first scientific paper was published a year after my graduate studies. It said, "What we observed is highly forbidden transition, but we didn't observe the parity nonconservation effect." I told my advisor, "I've suffered enough as a graduate student, why don't you give me a PhD? I'll stay and work on the project." And he said, "Fine." So I stayed another two years and that lead to this paper, a preliminary observation of parity nonconservation. You'll notice something: this is my thesis project, this was my postdoc project and I'm one, two, I'm third author on this. I didn't really care about the authorship. Why didn't I care about it? Because by six months before this paper came out, the Berkeley Physics Department made me an offer to become an assistant professor even though I only published one scientific paper. I accepted and I took their startup money and that was that. Having one scientific publication and a C minus or a C scientific publication, they actually offered me a job at what then was the best physics department in the country. Somewhat unusual, so unusual that they said, They didn't know my failures. They said, "You can take the job, start your group now or you can go somewhere else, anywhere you want, but the job is yours." They put me on the catalogue and I went to Bell Labs. That's me, with more hair and looking a little younger, adjusting a laser I designed and built that we use to do this work. It's a dye laser. With my start-up money, I used it to buy a CW dye laser. That CW dye laser is over here. This is a much better laser for a future follow-on experiment. The first year graduate student working with me on this project was Persis Drell. We machined the transition stages and things like that all in the machine shop. It was a wonderful experience for both of us. She then became the director of SLAC, Stanford Linear Accelerator, and is now Dean of Engineering at Stanford. In any case let me continue, I took my two year leave of absence to go to Bell Laboratories. It was a truly wonderful place. I bought a house right here, and would hop over the fence and walk to work and spend a lot of time there. Hop over the fence and go home. In Bell Laboratories - I have to also point out, that it was a remarkable place, they hired all their scientists very, very young. Fresh out of PhD or just completed postdoc like I just did. Of those, fifteen of them went on to earn Nobel prizes. My life at Bell Laboratories had ups and downs. The very first experiment I worked on was an experiment in energy transfer in a substance called Ruby, Al2O3. You excite a chromium ion, it transfers energy to another one and another one and another one. It was used to test a theory called Anderson Localization. Anderson Localization was this prominent theory invented by Phil Anderson. He had gotten a Nobel Prize one year before that and he said, in his speech that the studies of energy transfer in Ruby were the only clear demonstration of Anderson Localization in physics. I thought with Hyatt Gibbs and Sam McCall, that was done with a Ruby laser that can only tune to one side of the absorption line. We can do a better experiment with a dye laser and really nail down that this is in fact a clear demonstration of Anderson Localization. What we found instead was we couldn't reproduce the results, went on to measure how the mechanism of energy transfer actually occurred in Ruby and found it was a long range dipole-dipole interaction and Anderson Localization didn't even apply. That was what you would call a failure. It's a non-result but it actually led to my first tenure offer, amazingly. Then later, or concurrently, I did some spectroscopy on an atom, an electron and its antiparticle, clearly in the business centre of AT&T, with Allen Mills and Jan Hall. We did a series of experiments with successively better and better spectroscopy but ultimately we measured the 1S to 2S level in this atom to four parts in a billion, but it didn't lead to anything new. It was considered a technical achievement but it really led to no new discoveries. There were a few other experiments I did, a couple of incompletes. But I started to work on laser cooling and trapping of atoms and that actually worked better than I expected. Let me briefly explain what this is about. This is a charged rod. It's charged positively. If you hold it next to a piece of paper the electric field induces the charges on that piece of paper to move around. And so you see that the negative charge is a little bit closer on average than the positive charges. And since the electric field is higher in the region of the negative charge, the field is higher here than it is here, the attractive force pulling this to the rod is stronger than the repulsive force trying to push this away. In any case, let's say you rub this glass rod with dog's fur, you have a positive charge. You do the next obvious thing, you rub it with cat's fur and you get a negative charge. It's very early and anyway, this is a negative charge; you notice that when I won't go from positive to negative, let me do this again. That's positive, look at the piece of paper and where the charges are, I change the polarity, I go to negative, the charges move. The particle is still attracted to a region of highest electric field. This is the basic principle of how to hold on to a neutral particle. If you then say in space, absent any material how can you get a high electric field? It turns out you can get it by focusing a laser beam. You cannot get it with a static field, but you can get it with an oscillating field. At the centre of a focused laser beam you have a region of highest electric field, but the trouble is in order for this trap to hold on to atoms, the atoms have to be moving very slowly. Suppose you have an atom moving very quickly. If you surround it two sides with laser beams and you tune the laser beams so that the atom going towards the right, preferentially scatters more light from the right hand beam the left hand beam, because it's tuning itself into the resonance and it's tuning itself out of the resonance due to a Doppler shift. Art Schawlow explained Doppler shift very well, he says, "When I'm walking towards you there's a Doppler shift in higher frequency. And walking away from you, you get a lower Doppler shift." Anyway, that's the Doppler shift. When you preferentially scatter photons from the right hand side you slow up the atom. If the atom happens to be going in the opposite direction, the same thing happens: you scatter more photons from the left-hand beam pushing it to the right. That's the essential thing, no matter which way the atom was going it is slowed down. If the atom happens to be going in a different direction you put in these two beams, it's different. This is a great idea, I got very excited about it, rushed. I told my director, I'd like to drop what I'm doing and do this - another incomplete. He had shut down this work several years before at Bell Laboratories, he said, It turned out that this wonderful idea was stolen from me ten years before I got the idea. Actually Ted Hänsch and Art Schawlow had proposed this idea in 1975, it was a two and a half page/two page paper. Thank you Ted for not doing it. Anyway, I didn't invent the idea but I did invent the name, we called it optical molasses. This is what the experiment looked like, it was a pretty elaborate vacuum chamber, UHV chamber. You see the yellow beams, those are the beams used to make the optical molasses. That green dotted beam is a pulsed laser that evaporated bits of sodium off into the chamber. The way you make these pictures, you just take a white card, the room's dark and you just move it. That's why the pulsed laser looks like a pulsed laser. To you students year, I have to tell you the time scale of this experiment. The time I got the idea I did not have this vacuum chamber. Ten months later I sat down to write the first draft of the optical molasses paper. Whole thing in less than ten months. Okay? I don't know why it took me so long to get a PhD. This is a picture of the optical molasses. When you stick a camera inside the vacuum chamber you see this orange glow of atoms going about 200 Micro-Kelvin. The following year we were able to use an optical tweezers to hold on to the atoms. The year after that we were able to generate a hybrid trap that could trap 10^6, 10^7, 10^8 and even 10^9 a billion atoms. That magneto-optic trap became the workhorse trap of all the people that followed. I should say I also blew it in this experiment. There were early indications that the temperature was much lower than theoretically expected. I sort of fluffed it off, didn't take it seriously. And then a few years later Bill Phillips and his colleagues discovered our mistake, that the atoms were indeed much colder than what theory really told us to expect. Not a little bit colder, maybe five to eight times colder. Again, lots of failure. I moved to Stanford University in the fall of 1987. That's what I looked like when I was thirty nine, I used to be younger. In any case, one of the first early experiments we did was making an atomic fountain. This is where you cool the atoms, you toss them up, they turn around due to gravity. And while they're in free fall going around the gravity, you can actually do very, very good spectroscopy, microwave spectroscopy on these atoms. This so-called atomic fountain led me and a number of other people to develop better and better atomic clocks. Since then there have been other advances in atomic clocks. It's either you hold them with ions. But the biggest advance besides holding, trapping atoms or neutral atoms with laser techniques is the ability to count optical frequencies, something that Ted Hänsch and Jan Hall got a Nobel prize for recently. The progress is remarkable, they're soon to achieve relative fractional frequency uncertainty of eighteen decimal places, 10^-18. If you started one of these clocks when the universe was born - and it didn't get fried - and said, What time is it today?, your uncertainty would be about one half of one second. Why would you want that many decimal places? Isn't this crazy? It's not, we actually want three or four more decimal places because with these exquisite clocks you can do all sorts of things. Indeed you can look at the relative change of the nuclear forces with the electromagnetic forces, and perhaps see changes in fundamental constants in a laboratory time scale rather than a universe time scale. We also introduced what are called atomic fountain interferometers, where in a few years we demonstrated we can measure the acceleration due to gravity with a precision of eleven decimal places. The student who started this Mark Kasevich is pushing this onto greater heights and is improving that by about five orders of magnitude. Overall ten orders of magnitude from the first experiment we did at Stanford on this. Now, when I got to Stanford I thought, we can hold on to atoms. Art Ashton showed that you can hold on to single cell organisms like bacteria. I said, "Can we hold on to individual molecules with light by gluing little plastic spheres onto the ends of DNA." This is the setup where you introduce the laser in the optical microscope, this is what it really looked like. I started working on this in 1989 with a MD PhD student who told me enough biochemistry so I could glue on these polystyrene spheres onto DNA. This is what it looks like. This is a single strand of DNA, looking in an optical microscope. You control a mirror with a joystick and it's like a video game. In fact for three days they played this video game. (Laughter) I'd walk in the lab and say, "I think we really should do some science." (Laughter) Actually the first person after Steve Kron who actually did this was ... He did it as undergraduate student, Steve Quake, who then returned back to my lab his last year of graduate school and stayed three more years as a postdoc before going to Caltech, but we got him to Stanford. These are some of the early people, Doug Smith, Tom Perkins on the polymer work, Xiaowei Zhuang, Taekjip Ha - a host of others on the biology. I don't have time to talk about that, but there are a whole host of very good people. Here's a few more. That's me, also when I was younger. The one on the far left Cheng Chin, he's now a professor of physics at Chicago. Vladan Vuletic at MIT. Hazen Babcock, a brilliant student but shy, married Xiaowei Zhuang. Xiaowei Zhuang was a not so shy person, Hazen was shy. But he is the technical heart of a lot of what she does at Harvard, very gifted scientist. And then Jamie Kerman who's now at Lincoln Laboratory. So these are a smattering of my group. In 2004 I was asked to direct Lawrence Berkeley National Laboratory and did what every self respecting scientist would say, "I'm not interested." They asked me again, I said, "No, I'm very happy at Stanford." Then finally they asked me a third time and the person, my former director at Bell laboratories who was then director of BL said, I came, I visited, they offered me a job; I took it this time because I thought, if I could get really spectacular scientists at Lawrence Berkeley Lab interested in energy it would be worth it. This was a very distinguished laboratory, thirteen scientists who worked at LBNL have earned Nobel prizes, but the thing I'm most proud of is that over thirty young scientists, PhD, post-doctors starting careers as scientists, worked at LBNL, later got Nobel prizes, including me, Saul Perlmutter, George Smoot. We were all graduate students at LBNL when we were at Berkeley, and we're all here at this conference. It's an outstanding national laboratory. I was there for nearly five years and they did get more interested in renewable energy. I'm very happy about that. November 2008, the then president elect, Obama, I got a phone call, said he would like to meet me in Chicago to talk about a job. I said again, "I don't think I'm interested." I was thinking of stepping down from directorship going back into the laboratory. He said, "No, no, no, this is a very important job." I said, "How important?" He said, "Secretary of Energy." Anyway, I flew to Chicago, met him for about an hour just one on one. After that interview or chat I came back and told my wife, "If he's going to offer me the job I will accept it." He did, I did and I spent the next four and a third years in the Department of Energy. I introduced a few things. A new founding programme called Advanced Research Project Agency for Energy, ARPA-E, it's short time, high risk. I wanted to group enough scientists and engineers in a critical mass that can take a problem for maybe the fundamental needs of the problem to engineering technology, we call them Energy Innovation Hubs. We took the photo-voltaic and photo-thermal programmes and tried to re-energize it. Let me give you an example, what were we doing at ARPA-E? Suppose there's an existing technology, the horse and buggy, and as time goes on it gets better and better for the effective cost of this. Then something comes along like a steam powered car but it doesn't really make it. Another car comes along, the Benz Motorwagen, but it doesn't make it. Not because it didn't work, it worked very well, but because it was too expensive, kind of like a Tesla S1. Works very well but it costs a hundred thousand dollars. The car that transformed the technology was the Model T, it was a good car and a lot of Americans could afford it. We call this a disruptive technology. ARPA-E was designed to invest in disruptive technologies, knowing full well that nine out of ten would fail. That was a different funding programme than we had. We weren't looking for safe investments, we were looking for homerun investments. SunShot, we looked at the price of solar for utility scale solar in 2004. The whole system cost 8 dollars, by 2010 it's 3.80 We said, "Where could the price really be?" We set this crazy target by 2020 that the whole system, the modules, the electronics, the land use - everything would be a dollar per watt. That's a dollar per watt of generation based on a certain irradiance of solar energy. They thought we're smoking something - industry - and said, "You are crazy, we may get to 2.50 but not a dollar." We said, "No here's a business plan, here are the things that we can do this." A year and a half later one of the real gurus of solar technology gave a speech and he said - sorry, I'm destroying your podium. (Laughter) Will you invite me back? (Laughter) Anyway, a year and a half later they said, "You know, you're right. We can achieve this. We've redone our business models." So that was very good. In starting ARPA-E and SunShot and a few other places, the idea was we would get very, very good people. As good or better than the scientists or engineers they were funding and work in the department. ARPA-E showed that it really could be in a federal bureaucracy. SunShot, which was an existing programme, if you import three or four people at the top and they're good at leading people into a new vision, you can actually transform an existing bureaucracy. Our motto then was something I say to my students all the time which is, "The greater danger for most of us lies not in setting our aim too high and falling short, but in setting our aim too low, and achieving our mark." That was said by Michelangelo, but it's a good motto for scientists as well. I was tasked by the President to help BP stop this oil leak. We didn't have any jurisdiction but I had made a suggestion to the BP engineers that they eventually, after laughing at it for two days, eventually took the suggestion. At the end of a cabinet meeting shortly after that he goes to me, he says, "Chu, go down there and help them stop that leak." I and a team of five or six scientists spent the better half of that summer down in Houston really getting into nitty-gritty, I don't have time to talk about it but that was something. In hindsight, my most important role at the department of energy was to really identify great people, call them up and say, Once they're there, don't leave them alone, but block and tackle for them because the overwhelming government bureaucracy could drag them down. As one veteran of the Department of Energy said, "How can you help stop the mind numbing, soul sucking BS?" He didn't say BS but that's an acronym. The part I hated worst about politics was the newspapers. They were there waiting, trying to catch you to make a slip, that you would disagree with the President - something like this. Six days after it was made public that I was going to be stepping down, then the Onion ran this story: I read you a part of the byline: awoke Thursday morning to find himself sleeping next to a giant solar panel he had met the previous evening. According to sources, Chu's encounter with this crystalline silicone solar receptor was his most regrettable dalliance since 2009 when an extended fling with a 90 foot wind turbine nearly ended his marriage." We normally don't answer scurrilous reports but I walked in that morning and said, "We have to answer this one." That noon I issued the following press release, "I just want everyone to know my decision not to serve a second term as Energy Secretary has absolutely nothing to do with the allegations made in this week's edition of the Onion. While I'm not going to confirm or deny the changes specifically, I will say that clean, renewable solar power is a growing source of US jobs and is becoming more and more affordable, so it's no surprise that lots of Americans are falling in love with solar." That was fun. After the end of April 2013 I decided to go back to Stanford, I just wanted to be a professor. When I got there I was getting interested in neuroscience. A couple of us got together and said, "There's a number of things we could do." I remember in September 2013, I got an idea. I was talking to a long-term collaborator, Axel Brunger, worked with him for fourteen years on neuro-vesicle fusion. I said, "Axel, this might really be a neat idea, it might work. Let's go talk to Tom about it." That's Tom Sudhof, we got him in his office and I explained the idea and he said, "It might work, it might not work." And I said, "Tom, don't you understand? If this works we might become famous." Two weeks later he gets a Nobel Prize, too late. But he's a very serious scientist and he's now back in the lab. And so we want to study the brain, an operating live tissue of whole brains, and Liqun Luo also. Here's one example of some of the things we want to do, it's a technical thing. In following the footsteps of Neher and Sakmann who invented the patch clamp technology, they really revolutionized neuro-physiology. We wanted to say, "Can we make fluorescent probes that could be exquisitely sensitive, like a patch clamp, in time but where you can look at 1,000 or 10,000 neurons in real time in a live brain, a live interacting brain?" The particle we were investigating, there was a number of particles, this is one. It's a nano diamond grown from molecules of diamond. We're developing this process which is a plasma growth starting with essentially molecules. On the picture on the left is a large diamond, one micron in diameter, where you see the facets. The picture on the right is a smaller diamond, maybe seven nanometers in diameter where those lines are and you can see the facets. The one on the right is a perfect diamond. It's something you would want to put on your finger and wear proudly, if you can see it. We've learned how to dope them with independent control using silane gas, again in a CVD process. That particular diamond emits10,000,000 counts a second. We think we're now learning how to 'mass-produce' these in large quantities: We're also trying to figure out if we can make these photosensitive. So that if we can embed another nano-particle in a neuron, in the membrane of the neuron, and there's an actionpotential spike, the fluorescence of this will change. But since they are photostable and give out so many counts we can see individual actionpotentials and they should last ... We want them to last as least as long as the graduate student. We're learning how to functionalize them, this is non trivial. This is some work now only one week old, where we can put SiO2 coating on these nano-diamonds, only 1 nm thick. That's the first step in functionalization and then we're going to have to make them hydrophilic and go and and go forth. Stay tuned, it's stuff. I'm running out of time, I'm not going to really have time to talk about a different class of particles, rare earths. You can dope in a single particle different ratios of colours, so that in one particle can be this colour, in another particle could be these two colours. And in another particles could be this colour and another particle could be this colour, and another particle can be this colour. If you consider all the colour combination that we've already synthesized, in principle you can have 39 colours. Then what you can do is you can take the image, you can split one off to do 3D-localization and the other one you put in a prism to disperse the colours, so the array detector begins to be your spectrometer. And by looking at the ratio colours you can in one frame grab many different colours. Then you can go very rapidly in doing this. Of course, this means that these have to specially dispersed. Let me end by saying why I went for ten years into something I cared deeply about. If you look at this image, this is taken by an astronaut December 24, Christmas eve 1968. He said, "We came all this way to explore the moon and the most important thing is we discovered the Earth." Since 1968 we've discovered that the climate's changing, in large part due to humans. If you look at this picture, you don't have to be a rocket scientist to realize the moon is not a good place to live. From this vantage point the Earth looks pretty good and there's nowhere else to go. Thank you.

Vielen Dank. Ich möchte gleich fortsetzen und... Das ist kein gewöhnlicher Vortrag. Es ist eher eine Art Quasi-Autobiographie. Um die Tatsache zu betonen, dass das Leben im Allgemeinen ein zufälliger Weg ist. Ich möchte ein Foto meiner Eltern zeigen, ein sehr schönes Paar, das 1945 heiratete. Sie kamen aus China, um zur Hochschule zu gehen, hier, in den Vereinigten Staaten, an das M.I.T., und man würde kaum glauben, dass so ein Paar ein solches Kind haben konnte. Das bin ich. Ein Rückschritt von der Norm, glaube ich, aber ich ging an die University of California, Berkeley, und verbrachte dort 8 Jahre als Absolvent und Post-Doc, und wollte Ihnen ein wenig über meine Arbeiten erzählen. Mein erstes Projekt z.B. von meinem Doktorvater war ein theoretisches Projekt. Ich war Mathematiker und Physiker mit Bachelor-Abschluss und dachte, ich werde theoretische Physik machen. Man sagte mir, das wäre gut, ich konnte theoretische Physik studieren, und das war das Projekt, an dem ich 3 Monate arbeitete, und entschied, mir gefällt es im Labor. Und ich schloss nicht. Ich benote mich selbst. Der nächste Punkt war, dass ich Musik liebe und mir Violinmusik-Passagen sehr schnell anhörte, und wenn der Violinist eine Note ausließ, konnte man es hören. Ich machte eine Kalkulation und sagte, wie kann ich eine nicht gespielte Note hören, wenn die Zeit, in der ich die Note höre, kürzer als die Unschärferelation ist. Die Unschärfe bezüglich der Frequenz und Zeit muss zumindest gleich 1 oder größer als 1 sein. Also begann ich ein kleines Experiment, und hatte meine Teilnehmer und einen Kollegen, ich stellte die Frequenz ein, und sie sagten mir, welche Frequenz es war. Die guten Leute konnten die Unschärferelation etwa 20-fach übertreffen, 20 Mal weniger als Delta Ny * Delta t ist 1. Nach einer Woche, es war ein Erfolg, war ich überzeugt, es wird nicht veröffentlicht, aber ich wusste, ich will Experimentalphysiker werden. Dann arbeitete ich 1 Jahr lang am Beta-Zerfall mit schwacher Wechselwirkung. Mein Doktorvater und ich dachten, ich sollte etwas Interessanteres finden, also hatte ich noch etwas nicht abgeschlossen. Ich arbeitete mit Lasern, um hoch ionisierte Wasserstoffatome anzuregen, und maß die Lamb-Verschiebung in einem Beschleuniger. Ich arbeitete 1 Jahr daran, wieder ohne Abschluss. Sie müssen verstehen, dass ich damals ein Absolvent war, seit 3,5 Jahren im Graduiertenstudium, einiges unvollständig, ein nicht veröffentlichter Erfolg, und wollte mit einer neuen Arbeit beginnen. Das ist wirklich ein vielversprechender Anfang. Was passierte dann? Dann dachten mein Doktorvater und ich, dass es ein Potenzial gäbe, mit Atomphysik eine Theorie zu testen, die die schwachen und elektromagnetischen Wechselwirkungen vereinheitlicht. Ich wollte das Experiment machen, er stimmte zu. Wir beendeten, was wir gerade machten, und begannen mit dieser Arbeit, und ich arbeitete 2,5 Jahre als Post-Doc daran. Ich gebe mir ein „C" dafür, weil wir nicht messen konnten, was wir wollten. Es war viel schwieriger als wir dachten. Meine 1. wissenschaftliche Arbeit wurde 1 Jahr nach meinem Graduiertenstudium veröffentlicht, wir beobachteten diesen hoch verbotenen Übergang, aber keine Nichterhaltung der Parität-Effekte. Ich sagte meinem Doktorvater, ich hab genug gelitten als Absolvent, warum er mir nicht den PhD gibt, ich werde weiterarbeiten, und er sagte ja. Also blieb ich 2 weitere Jahre (lacht), und das führte zu dieser Arbeit: Ihnen wird etwas auffallen. Das war meine Dissertation und Post-Doc-Projekt, und ich bin der erste, zweite, dritte Autor. Die Autorschaft war mir nicht wirklich wichtig. Warum war sie mir nicht wichtig? Weil 6 Monate, bevor die Arbeit herauskam, bot mir das Berkeley Physics Department eine Assistenzprofessur an, obwohl ich nur eine Arbeit veröffentlicht hatte, ich nahm an und erhielt finanzielle Unterstützung, und das war es. Ich hatte 1 wissenschaftliche Veröffentlichung, und eine „C-" oder „C" wissenschaftliche Veröffentlichung, und sie boten mir eine Stelle an, am damals besten Physik-Institut des Landes. Irgendwie ungewöhnlich, sodass sie sagten: Sie kannten meine Misserfolge nicht (lacht). Man sagte, ich kann den Job haben, meine Gruppe starten, oder ich kann 2 Jahre woandershin gehen, wo ich will, aber der Job gehöre mir. Also ging ich zu den Bell Labs. Das bin ich mit mehr Haaren, etwas jünger, beim Anpassen eines von mir gebauten Lasers, mit dem wir arbeiteten, ein Farbstofflaser. Mit dem Geld kaufte ich einen CW Farbstofflaser. Der CW Farbstofflaser ist da drüben, und es ist ein viel besserer Laser für zukünftige Experimente. Der junge Absolvent, der mit mir am Projekt arbeitete, war Persis Drell, wir erarbeiteten die Übersetzungsphasen und solche Dinge in der Werkstatt. Es war eine gute Erfahrung für uns beide, und sie wurde Direktorin des SLAC, dem Stanford Linear Accelerator, und ist heute Dekan der Ingenieurwissenschaften in Stanford. Aber ich möchte weitererzählen. Ich nutzte meine 2-jährige Freistellung um zu den Bell Laboratories zu gehen. Es war wirklich ein wunderbarer Ort. Ich kaufte nebenan ein Haus, hüpfte über den Zaun und ging zur Arbeit, und verbrachte viel Zeit dort, und hüpfte über den Zaun wieder nach Hause. Bei den Bell Laboratories muss ich auch sagen, dass es ein bemerkenswerter Ort war. Sie stellten sehr, sehr junge Wissenschaftler ein, die soeben einen PhD oder Post-Doc abschlossen, genauso wie ich. Unter ihnen sollten 15 einen Nobelpreis erhalten. Mein Leben damals hatte Höhen und Tiefen. Das 1. Experiment, an dem ich arbeitete, war ein Energieübertragungsexperiment in einer so genannten Rubin (Al2 O3) Substanz. Man regt ein Chromion an, es leitet Energie an das nächste und das nächste weiter. Ich prüfte die Theorie der Anderson-Lokalisierung. Sie war eine bekannte Theorie, die von Phil Anderson erfunden wurde. Er erhielt 1 Jahr zuvor den Nobelpreis und sagte in seiner Rede, dass die Studien zur Rubin-Energieübertragung die einzigen waren, die diese Theorie in der Physik klar demonstrierten. Ich dachte, ich könnte das Sam mitteilen. Es wurde mit einem Rubinlaser gemacht, der sich nur an einer Seite der Absorptionslinie nähern kann. Mit einem Farbstofflaser können wir besser experimentieren und eine klare Demonstration der Anderson-Lokalisierung zeigen. Wir fanden stattdessen heraus, dass die Ergebnisse nicht reproduzierbar waren, und führten Messungen durch, wie der Mechanismus des Energietransfers in Rubin stattfindet, und fanden eine Dipol-Dipol-Wechselwirkung und dass die Anderson-Lokalisierung nicht zutraf. Das nennt man einen Misserfolg, indem es kein Ergebnis ist, aber es führte zu meinem 1. Stellenangebot, erstaunlicherweise, und in der Folge führte ich Spektroskopien an einem Atom durch, einem Elektron und seinen Antiteilchen, die klar das Kerngeschäft von AT&T sind, und mit Alan Mills und Jan Hall führten wir eine Reihe von Experimenten durch, mit immer besseren Spektroskopien, aber letztendlich führten wir eine Messung der S-Ebene dieses Atoms bis zu 4 Teilen pro Mrd. durch, aber es führte zu nichts Neuem. Es wurde als technische Leistung anerkannt, aber führte zu keinen neuen Entdeckungen. Ich führte noch andere Experimente durch, ein paar unvollständige, aber ich begann mit Laserkühlung und Atome zu fangen. Es funktionierte besser als ich dachte. Ich will kurz erklären, worum es geht. Das ist ein positiv geladener Stab. Wenn Sie ihn an ein Stück Papier halten, bewirkt das elektrische Feld, dass sich die Ladungen auf diesem Blatt Papier bewegen, daher sieht man, dass die negativen Ladungen durchschnittlich näher als die positiven sind. Da die elektrische Feldstärke höher im Bereich der negativen Ladung ist, ist die Feldstärke hier höher als hier, die Anziehungskraft des Stabs ist größer als die Abstoßungskraft, die abzustoßen versucht. Wenn Sie den Glasstab z.B. an Hundehaar reiben, haben Sie eine positive Ladung, dann reiben Sie ihn natürlich auch an Katzenhaar, und Sie erhalten eine negative Ladung. Es ist sehr früh. (lacht) Das ist jedenfalls eine negative Ladung. Wenn ich nicht von positiv zu negativ gehe, ich fange nochmals an, das ist positiv, sehen Sie sich das Papier an, und wo die Ladung ist, ich änderte die Polarität, ich gehe zu negativ, die Ladungen bewegen sich. Das Teilchen wird noch immer im Bereich der höchsten Feldstärke angezogen. Das ist das Grundprinzip, wie man ein neutrales Teilchen festhält. Wie kann man im Weltall, wo Material fehlt, eine hohe elektrische Feldstärke haben, und es stellt sich heraus, es geht, indem man einen Laserstrahl fokussiert. Es geht nicht mit einem statischen Feld, aber mit einem oszillierenden Feld. Also im Zentrum eines fokussierten Laserstrahls liegt der Bereich mit der höchsten Feldstärke, aber das Problem ist, um mit dieser Falle Atome zu fangen, dürfen sich die Atome nur sehr langsam bewegen. Nehmen wir an, ein Ion bewegt sich sehr schnell. Wenn es an 2 Seiten von Laserstrahlen umgeben ist, und die Laserstrahlen eingestellt werden, sodass das Atom, das sich nach rechts bewegt vorzugsweise mehr Licht vom rechten zum linken Strahl abgibt, weil es sich selbst in Resonanz bringt, und sich selbst außer Resonanz bringt, aufgrund der Doppler-Verschiebung. Art Schawlow erklärte Doppler-Verschiebungen gut. Er sagte: „Wenn ich auf Sie zugehe, gibt es eine Doppler-Verschiebung höherer Frequenz (hohe Stimme) und wenn ich von Ihnen weggehe haben Sie eine niedrigere Doppler-Verschiebung." (tiefe Stimme) Das ist die Doppler-Verschiebung. Werden die verstreuten Photonen rechts präferenziert, wird das Atom abgebremst, wenn das Atom in die andere Richtung geht, passiert dasselbe. Wenn Sie mehr Photonen vom linken Strahl streuen, werden sie nach rechts gedrückt. Das ist das Wesentliche. Ganz gleich, wohin das Atom sich bewegt, es wird abgebremst, und wenn es die Richtung ändert, und Sie beide Strahlen nehmen, ist es anders. Das ist eine großartige Idee. Ich freute mich sehr darüber, sagte meinem Direktor, ich möchte aufhören, und das machen, noch was Unvollständiges. Er sagte, er musste seine Arbeit einige Jahre vor den Bell Laboratories niederlegen. Er sagte ok, mach das, aber versuch niemanden zu überzeugen. Es zeigte sich, dass mir diese gute Idee, zehn Jahre, bevor ich sie hatte, gestohlen wurde.... (Publikum lacht) Ted Haensch und Art Schawlow stellten diese Idee 1975 vor, es war eine 2,5 Seiten lange Arbeit, und danke, Ted, dass du es nicht gemacht hast. Ich erfand nicht die Idee, aber den Namen. Wir nennen es optische Molasse. Und so sah das Experiment aus. Eine recht moderne Vakuumkammer, UHV-Kammer. Sie sehen die gelben Strahlen, die die optische Molasse herstellen. Der grün gepunktete Strahl ist ein gepulster Laser, wodurch das Natrium in der Kammer verdampft, und dieses Foto können Sie machen, indem Sie ein weißes Blatt Papier nehmen, im abgedunkelten Raum, und es bewegen, und aus diesem Grund sieht der gepulste Laser wie ein gepulster Laser aus. Den Studierenden hier möchte ich den Zeitraum für das Experiment mitteilen. Als ich die Idee hatte, gab es keine Vakuumkammer. Zehn Monate später schrieb ich den ersten Entwurf für die Arbeit über optische Molasse. Die ganze Arbeit dauerte weniger als 10 Monate. Also ich weiß nicht, warum ich so lange für den PhD benötigte. (lacht). Das ist ein Foto der optischen Molasse, wenn man eine Kamera in der Vakuumkammer hat, sieht man dieses orangefarbene Glühen der Atome bei ungefähr 200 Mikrokelvin. Im folgenden Jahr konnten wir die Atome mit einer optischen Pinzette festhalten, und 1 Jahr später konnten wir eine hybride Falle erzeugen, die 10^6, 10^7, 10^8 und sogar 10^9, eine Mrd. Atome fangen konnte. Diese magneto-optische Falle diente allen, die nachher kamen, als wichtige Arbeitsmethode. Ich muss sagen, ich versagte auch in diesem Experiment. Es gab Anzeichen, frühe Anzeichen, dass die Temperatur viel niedriger war als theoretisch angenommen wurde. Ich beachtete es nicht und nahm es nicht ernst. Einige Jahre später entdeckten Bill Phillips und seine Kollegen unseren Fehler, dass die Atome viel kühler waren als die Theorie erwarten ließ. Nicht ein wenig kühler, vielleicht 5 - 8 Mal kühler. Also wieder ein großer Misserfolg. Im Herbst 1987 ging ich an die Stanford University. So sah ich mit 40 oder 39 aus. Ich war jünger. (lacht) Eines der ersten Experimente von uns war, eine Atomfontäne zu erzeugen. Damit kühlt man die Atome, man wirft sie rauf, sie drehen aufgrund der Schwerkraft um, und während sie im freien Fall sind, können Sie eine sehr gute Spektroskopie machen, eine Mikrowellen-Spektroskopie dieser Atome. Diese sogenannte Atomfontäne führte dazu, dass wir und einige andere Leute immer bessere Atomuhren entwickelten. Seit damals gab es weitere Fortschritte bei Atomuhren, sie werden mit Ionen stabilisiert, aber der größte Fortschritt neben dem Fangen von neutralen Atomen mit Lasertechnik ist die Fähigkeit, optische Frequenzen zu zählen, wofür Ted Haensch und Jan Hall unlängst den Nobelpreis erhielten. Der Fortschritt ist bemerkenswert. Sie werden bald die relative Teilfrequenzunschärfe mit 18 Dezimalstellen, 10^-18 erreichen. Hätte man eine dieser Uhren mit dem Beginn des Universums eingeschaltet, hätte sie immer funktioniert, und würde heute die Zeit angeben, würde die Unschärfe ca. 1/2 Sekunde betragen. Warum will man so viele Dezimalstellen haben? Ist das nicht verrückt? Ist es nicht, wir wollen eigentlich drei oder vier weitere Dezimalstellen, weil mit diesen exquisiten Uhren kann man alles Mögliche machen. Man kann die relative Veränderung von nuklearen und elektromagnetischen Kräften beobachten, und Änderungen grundlegender Konstanten eher in einem Labor-Zeitmaßstab als einem universellen Zeitmaßstab sehen. Wir führten auch die sogenannten Atomfontänen-Interferometer ein, wobei wir in wenigen Jahren zeigten, dass wir die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft auf 11 Dezimalstellen genau messen können. Der Student, der damit begann, Mark Kasevich, führt dies noch in größerem Rahmen weiter, und verbesserte es um 5 Größenordnungen. Insgesamt 10 Größenordnungen seit dem ersten Experiment in Stanford. Als ich nach Stanford ging, dachte ich, wir können Atome festhalten, Art Ashton zeigte, dass man einzellige Organismen wie Bakterien aufhalten kann, also sagte Art, wir können individuelle Moleküle mit Licht halten, wenn wir kleine Plastikkugeln an die DNA-Enden kleben. In dieses Szenario leitete man den Laser in das optische Mikroskop. So sah das wirklich aus. Wir begannen 1989 daran zu arbeiten, mit einem MD PhD-Studenten, der mir genug Biochemie lehrte, um die Kugeln an die DNA zu kleben. So sah es aus. Das ist ein einzelner DNA-Strang in einem optischen Mikroskop, und man steuert mittels Joystick einen Spiegel, und es ist wie ein Videospiel. Drei Tage lang spielten sie dieses Videospiel, (Publikum lacht) bis ich ins Labor kam und sagte, ich glaube, wir sollen Wissenschaft betreiben. Die erste Person nach Steve Kron, die damit arbeitete, er arbeitete mit einem Bachelor-Studenten, Steve Quake, der in seinem letzten Jahr der Graduiertenschule wieder zu mir kam und 3 Jahre lang als Post-Doc blieb, bevor er zu Cal-Tech ging, aber wir holten ihn wieder nach Stanford. Das sind einige der frühen Leute, Doug Smith, Tom Perkins bei Palmer-Arbeit, Xiaowei Zhuang, Taekjip Ha und viele andere in der Biologie. Ich habe nicht viel Zeit, darüber zu sprechen, aber es sind sehr gute Leute. Hier sind noch ein paar. Das bin ich, als ich jünger war. Ganz links ist Chang Chin, er ist jetzt Physikprofessor in Chicago, Vladan Vuletic am M.I.T., Hazen Babcock, eine hervorragende Studentin, aber schüchtern, heiratete Xiaowei Zhuang, Xiaowei Zhuang war nicht so schüchtern, Hazen war schüchtern. Aber er ist der Herzschlag, bei vielen Dingen, die sie in Harvard macht, eine sehr begnadete Wissenschaftlerin, und Jamie Kerman, der jetzt bei Lincoln Laboratory ist. Das sind einige aus meiner Gruppe. Im Jahr 2004 wurde ich gefragt, das Lawrence Berkeley National Laboratory zu führen, und sagte, was jeder anständige Wissenschaftler tun würde: Sie fragten mich nochmals, und ich sagte: und mein ehemaliger Direktor bei den Bell Labs, der damals Direktor bei LBNL war, sagte: Wenn es weniger als 59 % sind, lass es sein." Ich kam und sie boten mir eine Stelle an, ich nahm diesmal an, weil ich dachte, dass wenn ich wirklich großartige Leute ins Lawrence Berkeley Lab hole, zahlt es sich aus. Es ist ein sehr exquisites Labor, 13 Wissenschaftler vom LBNL erhielten Nobelpreise. Worauf ich aber besonders stolz bin, ist, dass mehr als 30 junge Wissenschaftler, PhDs, Post-Docs oder Jungwissenschaftler, die im LBNL arbeiteten, später Nobelpreisträger wurden. Einschließlich mir, Saul Perlmutter, George Smoot, waren wir alles Absolventen im LBNL als wir in Berkeley waren, und wir sind alle hier bei dieser Konferenz. Es ist ein hervorragendes nationales Labor, und ich war beinahe 5 Jahre dort, und erneuerbare Energien wurden interessanter. Darüber freue ich mich sehr. Im November 2008 rief mich der designierte Präsident Obama an, und bat mich um ein Treffen in Chicago, wegen einer Stelle, und ich sagte wieder: Ich wollte als Direktor zurücktreten, und zurück ins Labor, und er sagte: Also fragte ich, wie wichtig er wäre. nur unter uns, und nach diesem Interview oder Gespräch, kam ich zurück und sagte zu meiner Frau: So war es, und ich verbrachte die nächsten 4 1/3 Jahre im Department of Energy. Ich führte einige Dinge ein, ein neues Förderprogramm namens Advanced Research Projects Agency for Energy, ARPA-E, es ist kurzfristig und sehr risikoreich. Ich wollte genug Wissenschaftler und Ingenieure um mich haben, die sich mit einem Problem möglicherweise von Grund auf ingenieurwissenschaftlich befassen konnten, wir nannten sie Energy Innovation Hubs. Die photovoltaischen und photothermalen Programme versuchten wir neu zu laden. Nun ein Beispiel für unsere Arbeit im ARPA-E. Die bestehende Technologie ist z.B. Pferd und Wagen, und mit der Zeit verbessern sich die effektiven Kosten dafür. Dann kommt ein dampfbetriebenes Fahrzeug, aber etabliert sich nicht wirklich. Dann kommt der Benz Motorwagen, etabliert sich nicht, nicht, weil er nicht funktioniert, er funktionierte sehr gut, war aber zu teuer. Ein Fahrzeug wie der Tesla S-1 funktioniert sehr gut, kostet aber $100.000. Das Fahrzeug, das die Technologie veränderte, war das Ford Model T, ein gutes Auto, das leistbar war. Wir nennen das eine disruptive Technologie, und ARPA-E sollte in disruptive Technologien investieren, wobei wir wussten, dass es 9 von 10 Mal fehlschlug. Das war ein anderes Förderprogramm als wir hatten. Wir suchten keine sicheren Investitionen, sondern erfolgreiche Investitionen. SunShot, wir sahen uns den Preis von Solarenergie für Versorgungsunternehmen 2004 an, das gesamte System kostete $ 8. Im Jahr 2010 waren es $ 3,80 und wir sagten, wo könnte der Preis wirklich liegen, und setzten uns bis 2020 das verrückte Ziel, dass das gesamte System, die Module, Elektronik, die Landnutzung $ 1 pro Watt kostet. Das ist $ 1 pro erzeugtem Watt, basierend auf einer bestimmten Solarenergie-Bestrahlungsstärke. Man glaubte, wir hätten etwas geraucht. Die Industrie sagte, wir wären verrückt. Wir könnten $ 2,50 schaffen, aber nicht $ 1. Und wir sagten, wir haben einen Geschäftsplan, darum geht es, wir können das machen." Und dann, 1,5 Jahre später, hielt einer der Gurus der Solartechnologie eine Rede und sagte... (etwas fällt runter) Verzeihung, ich zerstöre Ihr Podium. Jedenfalls... Werden Sie mich wieder einladen? (lacht) Jedenfalls sagten sie 1,5 Jahre später: Das war sehr gut. Mit dem Beginn bei APRA-E und SunShot und einigen anderen, gab es die Idee, sehr, sehr gute Leute zu bekommen, so gut oder besser als die Wissenschaftler und Ingenieure, die sie finanzierten, um im Department zu arbeiten und ARPA-E bewies, dass es wirklich machbar ist, in einer bundesstaatlichen Bürokratie, und SunShot, das ein bestehendes Programm war, wenn man 3 oder 4 Leute an der Spitze einstellte, die die Leute gut zu einer neuen Vision führen können, kann man eine bestehende Bürokratie verändern. Unser Motto war etwas, was ich meinen Studierenden immer sagte: sondern das Ziel zu niedrig zu setzen, und es zu erreichen." Das hat Michelangelo gesagt, aber eignet sich auch gut für Wissenschaftler. Der Präsident beauftragte mich, beim BP-Öllaustritt zu helfen. Es gab keine Zuständigkeit, aber ich unterbreitete den BP-Technikern einen Vorschlag, den sie annahmen, nachdem sie 2 Tage darüber gelacht hatten. Kurz danach, am Ende einer Kabinettssitzung, kam er zu mir und sagte:„ Chu, fahren Sie dort hin, und helfen Sie, den Ölaustritt zu stoppen." Ein Team aus 5 oder 6 Experten verbrachte mit mir die meiste Zeit des Sommers in Houston, und wir kamen wirklich zur Sache. Ich habe keine Zeit, darüber zu sprechen, aber das war etwas. Rückblickend war meine wichtigste Rolle im Department of Energy, dass ich großartige Leute identifizierte, sie anrief und sagte: Wir sind hier, um die Welt zu retten." Wenn sie einmal da sind, lassen Sie sie nicht allein, sondern setzten Sie sich für sie ein, weil die überwältigende Regierungsbürokratie sie hinunterziehen könnte. Ein langjähriger Mitarbeiter des Departments sagte: Er sagte nicht BS, das ist ein Akronym. (lacht) Das schlimmste an der Politik waren die Zeitungen. Sie warteten nur darauf, dich zu erwischen, bei einem Ausrutscher, dass man uneinig mit dem Präsidenten war oder so etwas. Sechs Tage nach dem Bekanntwerden, dass ich zurücktreten werde, brachte „The Onion" einen Artikel: Ich lese Ihnen einen Auszug vor. der Energy Secretary Steven Chu Donnerstag früh neben einem riesigen Solarpanel aufwachte, das er in der vorigen Nacht kennenlernte. Quellen zufolge ist Chu's Begegnung mit diesem kristallinen Silikonsolarempfänger seine bedauernswertester Seitensprung seit 2009, als eine längere Affäre mit einer 27m-Windturbine beinahe seine Ehe beendete." Normalerweise reagieren wir nicht auf skurrile Artikel, aber als ich am nächsten Morgen kam, sagte ich: Mittags gab ich die folgende Pressemitteilung heraus: absolut nichts mit den Behauptungen zu tun hat, die in dieser Woche im The Onion gemacht wurden. Ich bestätige oder leugne die Anschuldigungen nicht, und möchte betonen, dass saubere, erneuerbare Solarenergie zunehmend eine Quelle von Jobs in den USA ist und immer günstiger wird, daher ist es nicht überraschend, dass sich viele Amerikaner in Solarenergie verlieben." Das machte Spaß. Ende April 2013 beschloss ich, zurück nach Stanford zu gehen. Ich wollte nur Professor sein, und „nur" soll nichts anderes heißen, als dass es die höchste Position ist, in der ich mich je sah. Hier begann mein Interesse für Neurowissenschaften. Einige von uns taten sich zusammen und sagten, es gäbe einige Dinge, die wir tun könnten. Ich erinnere mich im September 2013 an eine Idee im Gespräch mit einem langjährigen Kollegen, Axel Brunger, wir arbeiteten 14 Jahre gemeinsam an der neuronalen Vesikelfusion, und ich sagte, Das ist Tom Sudhof, wir fanden ihn im Büro und ich erklärte die Idee und er sagte: Und ich sagte: „Tom, verstehst du nicht, wenn es funktioniert, werden wir berühmt." Zwei Wochen später erhielt er den Nobelpreis. Aber er ist ein sehr seriöser Wissenschaftler, und ist jetzt wieder zurück im Labor, und daher wollen wir das Gehirn erforschen, und an Lebendgewebe, einem ganzen Gehirn, arbeiten, auch Liqun Luo, und hier ist ein Beispiel für eines der Dinge, der technischen Dinge, die wir machen wollen. Wir folgen den Fußstapfen von Neher und Sakmann, die die Patch Clamp Technology erfanden, und damit die Neurophysiologie revolutionierten. Wir wollten fluoreszierende Proben machen, die äußerst sensibel sein konnten, wie ein Patch Clamp im Lauf der Zeit, aber wo kann man 1000 oder 10.000 Neuronen in Echtzeit an einem Lebendgehirn beobachten? Also waren die von uns untersuchten Teilchen ein paar Teilchen, das ist eins, ein Nanodiamant, der aus Diamantmolekülen entstand. Wir entwickeln diesen Prozess des Plasmawachstums und beginnen praktisch nur mit Molekülen. Im Bild links ist ein riesiger Diamant, ein Mikron im Durchmesser, wo Sie die Facetten sehen. Im Bild rechts ist ein kleinerer Diamant, etwa 7 Nanometer im Durchmesser, wo die Linien sind und Sie können die Facetten sehen. Rechts ist ein perfekter Diamant. So etwas möchten Sie sich an den Finger stecken, und stolz tragen. (lacht) Wenn Sie es sehen können. Wir lernten, wie wir sie mit unabhängiger Steuerung dotieren können, mit Silangas, und wieder in einem CVD-Prozess, und dieser besondere Diamant strahlt 10 Millionen Counts per Second aus. Wir glauben, wir lernen gerade wie wir sie in „Massenproduktion" herstellen, 5 Nanometer groß, etwa 5 Millionen Counts per Second. Sie sind fotostabil und chemisch inert. Wir versuchen auch herauszufinden, falls wir sie fotosensitiv machen können, ob wir noch einen Nanopartikel in die Membran eines Neurons einbetten können, und hier gibt es einen potenziellen Aktionsgipfel, die Fluoreszenz wird sich verändern, aber da sie fotostabil sind und so viele Impulse geben, können wir individuelle Aktionspotenziale sehen und die sollten andauern, und wir wollen, dass sie zumindest so lange bleiben wie die Absolventen. Wir lernen, wie wir sie funktionalisieren. Das ist nicht einfach, sondern eine ziemliche Arbeit, erst seit einer Woche gelingt es uns, Silikondioxidbeschichtungen anzubringen, und Nanodiamanten sind nur einen Nanometer groß. Das ist der erste Schritt der Funktionalisierung und dann werden wir sie hydrophil machen, und so weiter und so fort. Also bleiben Sie dran. Mir geht die Zeit aus, und ich habe nicht wirklich Zeit, über eine andere Partikelklasse, Seltene Erden zu sprechen. Sie können einen Partikel mit verschiedenen Farbquoten dotieren, sodass ein Partikel diese Farbe, und der nächste zwei andere Farben hat, und der nächste könnte diese Farbe, und der nächste jene Farbe, und der nächste diese Farbe haben. Wenn Sie alle Farbkombinationen berücksichtigen, die wir schon synthetisiert haben, kann man im Prinzip 39 Farben haben. Dann können Sie das Bild nehmen, und eines für die 3-D-Lokalisierung nehmen, und das andere in ein Prisma geben, die Farben zerlegen, sodass Sie den Array-Detektor als Spektrometer nutzen können, und indem Sie sich die Farbquoten ansehen, können Sie in einem Rahmen viele Farben wählen. Dann können Sie sehr schnell weitermachen. Natürlich bedeutet das, dass sie speziell zerlegt worden sein müssen. Abschließend will ich sagen, warum ich mich 10 Jahre lang etwas widmete, das mir sehr wichtig ist. Wenn Sie sich dieses Foto ansehen, ein Astronaut nahm es am 24. Dezember 1968 auf, und er sagte: Seit 1968 wissen wir, dass sich das Klima wandelt, größtenteils aufgrund der Menschen, und wenn Sie dieses Bild ansehen, müssen Sie kein Wissenschaftler sein, um zu sehen, dass sich der Mond nicht zum Leben eignet. Von diesem Blickwinkel aus sieht die Erde gut aus, und wir können nirgendwo anders hin. Danke.


I will discuss my random walk in science, from my graduate student on postdoctoral years testing the Weinberg-Salam-Glashow theory of electro-weak forces, and then to energy transfer in condensed matter systems, the spectroscopy of positronium, laser cooling and atom trapping, atom interferometry, single molecule polymer and biophysics. Over the past dozen years, and then an evolution into sustainable energy and climate change, the development and applications of new imaging methods in biology, biomedicine and improved batteries for electric vehicles.