Нобелевская премия-2025: квантовый мир стал виден в деталях
Нобелевская премия по физике 2025 года присуждена за эксперименты, доказавшие, что законы квантового мира действуют и в масштабах, доступных человеческому глазу. Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис создали сверхпроводниковую цепь, которая проявила свойства, характерные для элементарных частиц: туннелирование и квантование энергии. Это стало наглядным подтверждением того, что квантовые эффекты способны проявляться не только в микромире, но и в макроскопических системах (из многих частиц).
Об истории исследований явления, о том, что это такое и зачем это нужно, «Науке» рассказал эксперт:
Алексей Резниченко Ученый секретарь Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, кандидат физико-математических наук
Лауреаты создали электрическую цепь из сверхпроводников, разделенных тонким изолирующим слоем (т.н. джозефсоновский контакт). В эксперименте было обнаружено, что макроскопическая система, видимая невооруженным глазом, вела себя как единый квантовый объект.
С принципиальной точки зрения, тот факт, что электрическая цепь может при определенных условиях (когда характерный параметр действия для этой системы по порядку величины соизмерим с постоянной Планка ћ=1,054*10-27 эрг*с) вести себя как квантовая система и проявлять чисто квантовые свойства (квантование уровней энергии, туннелирование и т.д.), не является чем-то революционным. Явление квантового туннелирования, т.е. когда частица «просачивается» через изолирующий барьер (что, безусловно, противоречит представлениям о частицах в классической механике, но вполне естественно для волнового объекта), является достаточно важным элементом окружающей нас реальности и известно давно.
Для макроскопических объектов туннелирование также вполне наблюдаемо. Треск счетчика Гейгера (предложен в 1908 году), регистрирующего излучение альфа-частиц, — пример такого макроскопического наблюдения: существование этого вида радиоактивности обязано явлению квантового туннелирования альфа-частицы (ядро атома гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов) через потенциальный барьер, создаваемый кулоновским полем и полем ядерных сил. Другим важным макроскопическим проявлением квантового эффекта туннелирования является электронная эмиссия — испускание электронов поверхностью вещества: при т.н. автоэлектронной эмиссии (объяснено с точки зрения квантовой физики в 1928 году) туннелирование позволяет электронам вылететь из катода через искривленный внешним электрическим полем потенциальный барьер, несмотря на то, что их энергия не может преодолеть этот барьер в классическом понимании.
Наконец, тот факт, что огромная (макроскопическая) совокупность частиц может вести себя как единая квантовая система также уже давно известен физикам и проявляется в наблюдении макроскопических свойств сверхпроводимости (1911 год) и сверхтекучести (1937 год).
Тем не менее, очень тонкие и прецизионные эксперименты, проведенные лауреатами примерно 40 лет назад, стали еще одним подтверждением квантовой картины мира, а также явились важным шагом в создании сверхчувствительных датчиков магнитного поля (СКВИДы) и элементов современных сверхпроводящих кубитов, которые сейчас используются в некоторых квантовых процессорах.
«Нобелевку» по физике дали за демонстрацию квантовых эффектов в большом масштабе
Физика в нейросетях: объявлены лауреаты Нобелевской премии 2024 года
Откуда в нейросетях «магия»? О «нобелевских открытиях» по физике 2024 года
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram