Присуждение Нобелевской премии по физике 2025 года
Нобелевская премия по физике была присуждена исследователям, которые показали, что электрическая цепь способна имитировать поведение атомного ядра.
На фото: Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис — лауреаты Нобелевской премии по физике 2025 года.
В 2025 году лауреатами Нобелевской премии по физике стали американские ученые Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис. Они были удостоены этой награды за обнаружение макроскопического квантово-механического туннелирования и эффекта квантования энергии в электрических цепях.
Для лучшего понимания этого явления представим следующую ситуацию: вы находитесь в яме глубиной 10 метров и пытаетесь выбросить из нее мяч весом 500 граммов. Согласно классической физике, для этого потребуется как минимум 50 джоулей энергии. Если вы способны приложить лишь 5 джоулей, мяч поднимется только на один метр и останется в яме, независимо от числа попыток.
Однако квантовые принципы, определяющие поведение субатомных частиц, существенно отличаются от законов классической физики. Они постулируют, что частица может покинуть любую потенциальную яму. Вероятность этого тем выше, чем больше энергия частицы и меньше глубина ямы, но она никогда не равна нулю. Если бы мяч являлся квантовой частицей, он в конечном итоге мог бы оказаться за пределами ямы, независимо от ее глубины.
Это уникальное явление квантовой механики получило название туннельного эффекта. Он давно известен ядерным физикам, поскольку именно благодаря ему альфа-частицы выходят из ядра в процессе альфа-распада. Этот же эффект играет ключевую роль в термоядерных реакциях в ядре Солнца, позволяя протонам преодолевать силы отталкивания и сливаться. Современные сканирующие туннельные микроскопы, используемые учеными по всему миру, также функционируют на основе этого принципа.
Однако до недавнего времени туннельный эффект наблюдался исключительно на микроскопическом уровне, затрагивая лишь отдельные атомные ядра или небольшие скопления атомов.
Награжденные ученые смогли продемонстрировать туннельный эффект в макроскопическом измерении. Они использовали сверхпроводящую цепь размером в несколько сантиметров, которая благодаря этому эффекту могла переключаться между различными состояниями. Этот феномен обусловлен квантовыми законами, регулирующими поведение электронов в сверхпроводящих материалах. Кроме того, данная цепь способна поглощать и излучать энергию дискретными порциями, подобно атому или атомному ядру, что также является проявлением квантовых свойств.
Использование макроскопических квантовых эффектов открывает новые перспективы для разработки квантовых компьютеров, высокочувствительных датчиков, а также для создания моделей микроскопических квантовых систем, с которыми прямое взаимодействие затруднено.
