Tegoroczna Nagroda Nobla z fizyki została przyznana Alainaowi Aspectowi, Johnowi F. Clauserowi i Antonowi Zeilingerowi „za eksperymenty ze splątanymi fotonami naruszające nierówności Bella i pionierską informatykę kwantową”.
Wczoraj rozpoczął się Tydzień Noblowski tradycyjnie od przyznania Nagrody Nobla z medycyny i fizjologii, którą otrzymał Svante Pääbo „za odkrycia dotyczące genomów wymarłych homininów i ewolucji człowieka" (więcej na ten temat w tekście: Ogłoszono laureata Nagrody Nobla 2022 z medycyny i fizjologii). Dziś poznaliśmy laureatów z fizyki, a w środę dowiemy się, kto został uhonorowany Nagrodą z chemii. W czwartek Akademia Szwedzka ogłosi nazwisko laureata literackiej Nagrody Nobla, a w piątek Norweski Komitet Noblowski poinformuje o przyznaniu Pokojowej Nagrody Nobla. W następny poniedziałek poznamy laureata lub laureatów tzw. ekonomicznego Nobla, jedynej nagrody, której w swoim testamencie nie wymienił fundator nagrody Alfred Nobel. Nagrodę przyznaje Centralny Bank Szwecji.
Tegoroczną Nagrodę Nobla z fizyki została przyznana Alainaowi Aspectowi, Johnowi F. Clauserowi i Antonowi Zeilingerowi „za eksperymenty ze splątanymi fotonami, ustanawiające naruszenie nierówności Bella i pionierską informatykę kwantową”.
Alain Aspect, John Clauser i Anton Zeilinger przeprowadzili przełomowe eksperymenty z wykorzystaniem splątanych stanów kwantowych, w których dwie cząstki zachowują się jak pojedyncza, nawet gdy są rozdzielone. Wyniki ich prac utorowały drogę dla nowej technologii opartej na informacji kwantowej.
Niewypowiedziane efekty mechaniki kwantowej zaczynają znajdować zastosowanie. Obecnie istnieje duża dziedzina badań obejmująca komputery kwantowe, sieci kwantowe i bezpieczną szyfrowaną komunikację kwantową.
Jednym z kluczowych czynników w tym rozwoju jest sposób, w jaki mechanika kwantowa pozwala dwóm lub większej liczbie cząstek istnieć w tak zwanym stanie splątanym. To, co dzieje się z jedną z cząstek w splątanej parze, decyduje o tym, co dzieje się z drugą cząstką, nawet jeśli są od siebie oddalone.
Przez długi czas pytanie brzmiało, czy korelacja wynika z tego, że cząstki w splątanej parze zawierają ukryte zmienne, instrukcje, które mówią im, jaki wynik mają dać w eksperymencie. W latach 60. John Stewart Bell rozwinął matematyczną nierówność, którą nazwano jego imieniem. Oznacza to, że jeśli istnieją ukryte zmienne, korelacja między wynikami dużej liczby pomiarów nigdy nie przekroczy pewnej wartości. Jednak mechanika kwantowa przewiduje, że pewien rodzaj eksperymentu naruszy nierówność Bella, powodując w ten sposób silniejszą korelację, niż byłaby możliwa w innym przypadku.
John Clauser rozwinął pomysły Johna Bella, prowadząc do praktycznego eksperymentu. Kiedy wykonał pomiary, wspierały one mechanikę kwantową, wyraźnie naruszając nierówność Bella. Oznacza to, że mechaniki kwantowej nie można zastąpić teorią wykorzystującą ukryte zmienne.
Po eksperymencie Johna Clausera pozostały pewne luki. Alain Aspect opracował konfigurację, wykorzystując ją w sposób, który zamknął ważną lukę. Był w stanie przełączyć ustawienia pomiaru po tym, jak splątana para opuściła swoje źródło, więc ustawienie, które istniało, gdy były emitowane, nie mogło wpłynąć na wynik.
Korzystając z udoskonalonych narzędzi i długich serii eksperymentów Anton Zeilinger zaczął wykorzystywać splątane stany kwantowe. Jego grupa badawcza wykazała między innymi zjawisko zwane teleportacją kwantową, które umożliwia przenoszenie stanu kwantowego z jednej cząstki na drugą na odległość.
W ubiegłym roku Nobla z fizyki otrzymali Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann i Giorgio Parisi. Manabe i Hasselmann zostali wspólnie nagrodzeni połową nagrody „za fizyczne modelowanie klimatu Ziemi, ilościowe określenie zmienności i wiarygodne przewidywanie globalnego ocieplenia”. Parisi został uhonorowany drugą połową Nagrody Nobla „za odkrycie wzajemnego oddziaływania nieporządku i fluktuacji w układach fizycznych od skali atomowej do planetarnej”.
Ubiegłoroczne Noble z fizyki otrzymało trzech naukowców za badania nad chaotycznymi i pozornie przypadkowymi zjawiskami. Syukuro Manabe i Klaus Hasselmann położyli podwaliny pod naszą wiedzę o klimacie Ziemi i o tym, jak ludzkość na niego wpływa. Giorgio Parisi został nagrodzony za swój rewolucyjny wkład w teorię nieuporządkowanych materiałów i procesów losowych.
Złożone systemy charakteryzują się przypadkowością i nieporządkiem oraz są trudne do zrozumienia. Nagroda Nobla z 2021 roku wyróżnia nowe metody ich opisywania i przewidywania ich długofalowych zachowań.
Jednym ze złożonych systemów o żywotnym znaczeniu dla ludzkości jest klimat Ziemi. Syukuro Manabe zademonstrował, jak zwiększony poziom dwutlenku węgla w atmosferze prowadzi do wzrostu temperatury na powierzchni Ziemi. W latach 60. kierował rozwojem fizycznych modeli klimatu Ziemi i był pierwszą osobą, która zbadała interakcję między bilansem promieniowania a pionowym transportem mas powietrza. Jego praca położyła fundamenty pod rozwój obecnych modeli klimatycznych.
Około dziesięć lat później Klaus Hasselmann stworzył model, który łączy pogodę i klimat, odpowiadając w ten sposób na pytanie, dlaczego modele klimatyczne mogą być wiarygodne, mimo że pogoda jest zmienna i chaotyczna. Opracował również metody identyfikacji określonych sygnałów, swoistych odcisków palców, które odbijają się na klimacie. Chodzi tu zarówno o zjawiska naturalne, jak i działalność człowieka. Jego metody zostały wykorzystane do udowodnienia, że podwyższona temperatura w atmosferze jest spowodowana emisją dwutlenku węgla przez człowieka.
Około 1980 roku Giorgio Parisi odkrył ukryte wzory w nieuporządkowanych, złożonych materiałach. Jego odkrycia należą do najważniejszych wkładów do teorii systemów złożonych. Pozwalają zrozumieć i opisać wiele różnych i pozornie całkowicie przypadkowych zjawisk, nie tylko w fizyce, ale także w innych, bardzo różnych dziedzinach, takich jak matematyka, biologia czy uczenie maszynowe.
Regulamin Nagrody Nobla mówi, że można nią uhonorować maksymalnie trzy osoby. W ostatnim czasie Fundacja Noblowska podwyższyła wysokość nagrody do 10 milionów koron szwedzkich. To w przeliczeniu daje około 920 tys. euro. Laureaci otrzymają także medal oraz dyplom.
Do tej pory przyznano 115 Nagród Nobla z fizyki. Wyróżnienie to przyznawane jest od 1901 roku. Otrzymało je łącznie 218 naukowców. Wśród nich były tylko cztery kobiety, a jedna z nich to Maria Curie-Skłodowska, która oprócz Nobla z fizyki otrzymała także Nobla z chemii. Jako jedyny dwukrotnie Nagrodę Nobla z fizyki otrzymał John Bardeen. Pierwsze wyróżnienie otrzymał w 1956 roku za badania nad półprzewodnikami i opracowanie tranzystora. Drugi raz nagrodzony został w 1972 r. za "sformułowanie teorii nadprzewodnictwa".
Do tej pory najmłodszym laureatem Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki jest Lawrence Bragg, który miał 25 lat, kiedy w 1915 roku wraz z ojcem otrzymał nagrodę Nobla. Panowie wyróżnieni zostali za wkład w badanie struktury krystalicznej za pomocą promieniowania rentgenowskiego.
Z kolei najstarszym laureatem Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki jest Raymond Davis Jr., który miał 88 lat, kiedy otrzymał nagrodę Nobla w 2002 roku. Nagrodzono jego prace nad detekcją neutrin.
Źródło: nobelprize.org, fot. Adam Baker/ Wikimedia Commons/ CC BY 2.0
