Nobelova cena ve fyzice jde na tři vědce, kteří objevili bizarní kvantový účinek na velké stupnice
2025 Nobelova cena Ve fyzice byla udělena trojici vědců za objevování Kvantová mechanika V zcela novém měřítku – jeden dostatečně velký, aby držel v ruce.
John Clarke Kalifornské univerzity, Berkeley, Michel H. Devour Yale University a University of California, Santa Barbara a John M. Martinis Kalifornské univerzity, Santa Barbara, získala prestižní cenu „za objev makroskopického kvantového mechanického tunelování a kvantizace energie v elektrickém okruhu“.
„Mírně řečeno, bylo to překvapení mého života,“ řekl Clarke telefonicky Na tiskové konferenci. „Samozřejmě jsem úplně ohromen. Nikdy mi nenapadlo žádným způsobem, že by to mohl být základ Nobelovy ceny.“
Řekl, že jeho objev (který je základem pokročilých mikročipů přítomných v mnoha moderních technologiích, včetně smartphonů) se používá pro další rozvoj kvantových počítačů.
Clarke, Deveret a Martinis provedli experimenty, ve kterých byli schopni prokázat kvantové mechanické tunely a kvantifikované hladiny energie v elektrickém obvodu „dostatečně velké na to, aby držely v ruce“, podle a prohlášení Vydáno královskou švédskou akademií věd.
Kvantové tunelování umožňuje částic procházet zdánlivě neprůchodnými bariérami. Je to proto, že v kvantové fyzice existují částice jako vlny i částice současně; Tyto vlny jsou předpokládané pravděpodobnosti částice existující v daném prostoru.
Stejně jako vlna rozbíjející se na slabině na moři povede k menší vlnám šířící se na druhou stranu, částice, které existují jako vlny, mají také určitou pravděpodobnost existence na druhé straně bariéry. Právě tato schopnost umožňuje elektronů skočit mezi materiálovými vrstvami, které by jinak byly neprůchodné, alespoň podle fyzických zákonů ve velkém měřítku.
Před objevem vědců bylo pozorováno kvantové tunelování u jednotlivých částic, ale fyziky brzy přemýšleli, zda by více částic mohlo tunel najednou. Jedním ze způsobů, jak by se to dalo udělat, je, že materiály jsou extrémně chladné a přeměňují je na supravodiče tím, že vyzve elektrony, aby se spojily do tzv. “Cooper páry“
Cooper páry sledují různá kvantová mechanická pravidla než pravidla osamělých elektronů. Místo toho, aby se navzájem stohovali, aby vytvořili energetické skořápky, působí jako částice světla nebo fotony, z nichž nekonečný počet může obsadit stejný bod v prostoru současně. Pokud se v materiálu vytváří dostatek těchto párů Cooper, stanou se superfluidem a plynoucí bez jakékoli ztráty energie z elektrického odporu.
Aby se objevili, vědci se vsadili dva supravodiče mezi tenkou izolační bariérou – vytvořili experimentální nastavení známé jako křižovatka Josephson. Vědci spolupracovali v polovině osmdesátých let a před nakrmením slabý elektrický proud do něj promítali svůj vlastní křižovatku Josephson.
Zpočátku bylo napětí na tomto obvodu nulové, což naznačuje, že přes bariéru neprotéká žádný proud. Ale opakování jejich experimentu několikrát vědci brzy zjistili, že napětí se objevilo napříč přístrojem v různých časových bodech. To ukázalo, že elektrony skutečně tunelují napříč systémem a působí jako jediná částice ve velkém měřítku.
Spalba mikrovln, která má být absorbována elektrony, ukázala, že navzdory jejich kolektivnímu stavu je makroskopické, elektrony párované Cooper měly diskrétní, kvantizované hladiny energie.
Tento objev má řadu praktických aplikací ve fyzice i mimo něj. Kolektivní systém se označuje jako umělý atom, ze kterého bylo vyvinuto četné experimenty a kvantové technologie.
„Je úžasné být schopen oslavit způsob, jakým stará století stará kvantová mechanika neustále nabízí nová překvapení,“ Olle ErikssonVe svém prohlášení uvedl předseda Nobelovy výboru pro fyziku. „Je to také nesmírně užitečné, protože kvantová mechanika je základem všech digitálních technologií.“
