Объявлены лауреаты Нобелевской премии по физике. Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис получили награду «за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи». Хотя тема их работ выглядит «страшно», на самом деле это очень понятная вещь, и кое-какие нобелевские эффекты вы сможете увидеть прямо сейчас, если пойдете на кухню. Рассказываем.
Квантовая механика – теория очень странная и противоречащая «здравому смыслу». Например, она позволяет проходить сквозь стены. Иногда. Вижу цель, не вижу препятствия. Но есть затык: эффекты квантовой механики работают лишь на уровне очень малых размеров, в микромире. Именно поэтому элементарная частица, например, электрон или фотон, может время от времени пройти сквозь совершенно непреодолимое препятствие. А мы сквозь стены как-то не очень.
Кстати, буквально накануне на сайте KP.RU вышла подробная статья об этом - получается, предвосхитившая Нобелевку.
Но с самого рождения квантовой механики, с 1920-х годов, исследователей интересовал вопрос: а может, все-таки, ее законы работают и на макроуровне, то есть на уровне «нашего», «большого» мира? Сквозь стену-то хочется.
И вот в 1984-1985 годах лауреаты показали, что да, квантовая механика применима даже для больших объектов.
- Нобелевский комитет присудил премию по физике 2025 года за открытие, которое буквально стерло границу между привычным миром и странной квантовой реальностью. Джон Кларк, Мишель Девор и Джон Мартинис экспериментально доказали: объекты из миллиардов атомов могут подчиняться тем же квантовым законам, что и элементарные частицы, - рассказал KP.RU директор Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ Василий Столяров.
Что они сделали? Они построили электрическую цепь, то есть натурально такую, как ее построил бы ваш электрик из ЖЭКа. Правда, с особенностями. В ней были сверхпроводящие элементы, то есть участки, где ток вообще не испытывал сопротивления. И непрозрачные участки, изоляторы.
Они убедились: ток все равно протекает по цепи, несмотря на изоляторы. То есть электронам (не всем) удалось перепрыгнуть через барьер, точнее, пройти сквозь него. Важно, отмечают в Нобелевском комитете, что результаты опыта полностью совпали с ожиданиями, которые предлагала теория.
- Суть открытия — в демонстрации «магии» на макроуровне: электрический ток способен «просачиваться» сквозь изолятор (квантовое туннелирование), а энергия сверхпроводниковой электрической цепи меняется скачками, как у атома (квантование), - говорит Василий Столяров.
Дело давнее (Нобелевский комитет вообще любит давать премии за старые открытия, зато проверенные временем). С тех пор идея применить квантовую механику на практике в «нашем мире» пустила глубокие корни, и что есть, например, квантовый компьютер, как не очень большая штуковина (макрообъект), который подчиняется, однако, квантовым законам, законам микромира?
- Их работа заложила основу для двух ключевых технологий современности: сверхчувствительных детекторов магнитного поля (СКВИДов) для медицины и геологии и сверхпроводящих кубитов — основы квантовых компьютеров. Это классический пример того, как фундаментальная наука прокладывает путь технологическим революциям, - поясняет Василий Столяров.
КСТАТИ
Эффект квантового туннелирования вы можете наблюдать прямо сейчас у себя на кухне. Точнее, модель эффекта, хотя некоторые физики считают, что никакая это не модель, а сам эффект и есть. Возьмите прозрачный стакан и наполните его водой. Поднесите к дальней от вас стенке стакана предмет, например, вилку. Вы ее не видите. Работает полное внутреннее отражение: свет, попадающий в стакан, отражается от перехода стекло-вода полностью, не давая рассмотреть, что там, за стеклом. Теперь приложите к стенке стакана слегка мокрый палец. О чудо, вы его видите, вы видите узор своей подушечки пальца и вообще всякие детали. Если полное внутреннее отражение – непреодолимо, как же так получилось? На это простое явление обратили внимание несколько лет назад, и некоторые физики заявили, что здесь мы сталкиваемся именно что с квантовым туннелированием, только не для электронов, а для фотонов (квантов света). После напряженной дискуссии пришли к выводу, что насчет туннелирования как такового, конечно, загнули, но как модель явления – вполне годится.
Что известно о лауреатах Нобелевской премии по физике
Джон Кларк родился в 1942 году в Кембридже, Великобритания. Получил докторскую степень в Кембриджском университете в 1968 году. Профессор Калифорнийского университета в Беркли, США.
Мишель А. Деворе постарше (1953 года рождения), его родной город Париж. Получил докторскую степень в Университете Париж-Юг в 1982 году. Профессор Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, США.
А Джон Мартинис (родился в 1958 году) - доктор философии Калифорнийского университета в Беркли, профессор Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.
СБЫЛИСЬ ЛИ ПРОГНОЗЫ
Нет, не сбылись. KP.RU публиковала ожидания научного сообщества о том, кому могут дать награду, но тему квантового туннелирования эксперты не называли. Но не сбылись не только наши прогнозы. Так, известный западный научный сайт впритык к премии опубликовал свои предсказания, которые выглядели настолько достоверными, будто авторы что-то знают. Но нет, и те не угадали. Правда, квантовая тематика и в наших, и в не наших прогнозах была, но в другом разрезе.
Автор: АРСЮХИН Евгений
