Nobelova nagrada za fiziku: Tri naučnika nagrađena za otkrića u oblasti kvantne mehanike

Oni su nagrađeni za otkriće makroskopskog kvantnomehaničkog tunelovanja i kvantizacije energije u električnom kolu.

Imena dobitnika prestižne nagrade objavila je Kraljevska akademija nauke u Stokholmu u Švedskoj. 

Jedno od velikih pitanja u fizici jeste koliki može biti sistem koji i dalje pokazuje kvantnomehaničke efekte. Ovogodišnji dobitnici Nobelove nagrade za fiziku izveli su eksperimente sa električnim kolom u kojem su dokazali postojanje kvantnog tunelovanja i kvantizovanih energetskih nivoa u sistemu dovoljno velikom da može da stane u ruku.

Kvantna mehanika omogućava da se čestica kreće pravo kroz prepreku — proces poznat kao tunelovanje. Kada su u pitanju veliki sistemi koji sadrže mnogo čestica, kvantni efekti obično postaju zanemarljivi. Međutim, eksperimenti ovogodišnjih laureata pokazali su da se kvantne osobine mogu jasno manifestovati i u makroskopskim razmerama.

Tokom 1984. i 1985. godine, Džon Klark, Mišel H. Devore i Džon M. Martinis sproveli su niz eksperimenata sa elektronskim kolom napravljenim od superprovodnika — materijala koji mogu provoditi električnu struju bez otpora. U kolu su superprovodnici bili razdvojeni tankim slojem izolatora, čime je formirana struktura poznata kao Džozefsonov spoj. Pažljivim merenjem i kontrolom svih osobina kola, naučnici su uspeli da prouče pojave koje nastaju kada se kroz njega propusti električna struja. Na taj način, naelektrisane čestice koje su se kretale kroz superprovodnik činile su sistem koji se ponašao kao jedna čestica koja ispunjava celo kolo.

Ovaj makroskopski sistem koji se ponaša kao čestica u početku je bio u stanju u kojem struja teče bez napona. Sistem je „zarobljen“ u tom stanju, kao iza barijere koju ne može da pređe. U eksperimentu je pokazao svoju kvantnu prirodu tako što je uspeo da „probije“ tu barijeru tunelovanjem i pređe u stanje u kojem se pojavljuje napon — čime je potvrđena promena kvantnog stanja.

Laureati su takođe dokazali da se sistem ponaša u skladu s predviđanjima kvantne mehanike — da je kvantizovan, što znači da može da apsorbuje ili emituje samo tačno određene količine energije.

„Divno je moći proslaviti činjenicu da kvantna mehanika, stara više od jednog veka, i dalje donosi nova iznenađenja. Ona je takođe od neprocenjive praktične vrednosti, jer predstavlja osnovu čitave digitalne tehnologije“, izjavio je Ole Erikson, predsednik Nobelovog komiteta za fiziku.
Tranzistori u mikroprocesorima računara samo su jedan primer kvantne tehnologije koja nas okružuje. Ovogodišnja Nobelova nagrada u fizici otvara mogućnosti za razvoj nove generacije kvantnih tehnologija — uključujući kvantnu kriptografiju, kvantne računare i kvantne senzore.