Infostart.hu
eur:
389
usd:
330.1
bux:
0
2025. december 25. csütörtök Eugénia
Nyitókép: nobelprize.org

Kézzelfogható kvantumfolyamatok – különleges kísérletért járt a fizikai Nobel-díj

A fizika egyik fő kérdése, hogy mekkora lehet egy olyan rendszer maximális mérete, amely a hagyományos fizikai törvényektől sok tekintetben eltérően működő kvantummechanikai hatásokat képes demonstrálni. Az idei Nobel-díjasok egy elektromos áramkörrel végeztek kísérleteket, amelyekben mind a kvantummechanikai alagúteffektust, mind a kvantált energiaszinteket demonstrálták egy olyan rendszerben, amely elég nagy ahhoz, hogy kézben tartható legyen.

John Clarke brit, Michel H. Devoret francia és John M. Martinis amerikai tudós kapja az idei fizikai Nobel-díjat kvantummechanikai kutatásaiért a Svéd Királyi Tudományos Akadémia keddi stockholmi bejelentése szerint.

A kvantummechanikában az alagúteffektus („tunnelling”) azt jelenti, hogy egy részecske – például egy elektron – át tud jutni egy akadályon, amin elvileg nem lenne elég energiája áthaladni. De amint nagyszámú részecske vesz részt, a kvantummechanikai hatások általában jelentéktelenné válnak. A díjazottak kísérletei azt mutatták be, hogy a kvantummechanikai tulajdonságok makroszkopikus léptékben is kézzelfoghatóvá tehetők.

A
A „klasszikus” fizikában ha egy labdát nekidobunk egy falnak, az biztosan visszapattan. Teljességgel meglepő lenne, ha a labda váratlanu a fal túloldalán teremne. A kvantummechanikában ezt a jelenséget hívják alagúteffektusnak. (Illusztráció: nobelprize.org)

1984-ben és 1985-ben John Clarke, Michel H. Devoret és John M. Martinis kísérletsorozatot végeztek egy szupravezetőkből – olyan alkatrészek, amelyek elektromos ellenállás nélkül képesek áramot vezetni – épített elektronikus áramkörrel.

Az áramkörben a szupravezető komponenseket egy vékony, nem vezető anyagból készült réteg választotta el egymástól, ezt az elrendezést Josephson-átmenetnek nevezik.

A tudósok az áramkörük összes különböző tulajdonságának finomításával és mérésével képesek voltak szabályozni és feltárni azokat a jelenségeket, amelyek akkor keletkeztek, amikor áramot vezettek át rajta.

A szupravezetőn áthaladó töltött részecskék együttesen egy olyan rendszert alkottak, amely úgy viselkedett, mintha egyetlen részecske lennének, amely kitölti az egész áramkört.

Egy normál vezetőben az elektronok egymástól függetlenül mozognak, míg egy szupravezetőben párokat alkotnak (Cooper-párok) és egy hullámot alkotnak. A második ábrán a két rész közötti rés jelzi az elválasztó Josephson-átmenetet. A párokba rendeződött elektronok képesek úgy viselkedni, mintha egyetlen részecske lennének, amelyek kitöltik mindkét vezetőrészt. A kvantummechanika hullámként írja le ezt a kollektív állapotot, ez játszik főszerepet a Nobel-díjasok kísérletében.
Egy normál vezetőben az elektronok egymástól függetlenül mozognak, míg egy szupravezetőben párokat alkotnak (Cooper-párok) és egy hullámot alkotnak. A második ábrán a két rész közötti rés jelzi az elválasztó Josephson-átmenetet. A párokba rendeződött elektronok képesek úgy viselkedni, mintha egyetlen részecske lennének, amelyek kitöltik mindkét vezetőrészt. A kvantummechanika hullámként írja le ezt a kollektív állapotot, ez játszik főszerepet a Nobel-díjasok kísérletében.

Ez a makroszkopikus, részecskeszerű rendszer kezdetben olyan állapotban van, amelyben az áram feszültség nélkül folyik, és ebben az állapotban rekedt, mintha egy akadály mögött lenne, amelyet nem tud átlépni. A kísérletben a rendszer kvantum jellegét az mutatja, hogy az alagúteffektus segítségével képes kilépni a nulla feszültségű állapotból. A rendszer megváltozott állapotát egy feszültség megjelenése révén érzékelik.

A kísérlet egy kapcsolóhoz hasonlítható, amelyben kezdetben nincs áram, és a kapcsolót valami meggátolja abban, hogy megmozduljon. A kvantummechanikai jelenség nélkül ez így is maradna. Ám váratlanul feszültség jelenik meg, és ennek hatására a kapcsoló a másik állásba ugrik, úgy, hogy a kettő között látszólag nincs átjárási lehetőség. Emögött egy makroszkopikus kvantumalagút-effektusnak nevezett folyamat áll. (Illusztráció: nobelprize.org)
A kísérlet egy kapcsolóhoz hasonlítható, amelyben kezdetben nincs áram, és a kapcsolót valami meggátolja abban, hogy megmozduljon. A kvantummechanikai jelenség nélkül ez így is maradna. Ám váratlanul feszültség jelenik meg, és ennek hatására a kapcsoló a másik állásba ugrik, úgy, hogy a kettő között látszólag nincs átjárási lehetőség. Emögött egy makroszkopikus kvantumalagút-effektusnak nevezett folyamat áll. (Illusztráció: nobelprize.org)

A díjazottak azt is be tudták bizonyítani, hogy a rendszer a kvantummechanika által megjósolt módon viselkedik – kvantált, ami azt jelenti, hogy csak meghatározott mennyiségű energiát nyel el vagy bocsát ki.

A fizikai Nobel-díjról szóló közlemény kiemeli: a számítógépes mikrochipekben található tranzisztorok a minket körülvevő világban használt kvantumtechnológia ismert példái. Az idei fizikai Nobel-díj lehetőséget teremtett a kvantumtechnológia új szintjéének kifejlesztésére, beleértve a kvantumkriptográfiát, a kvantumszámítógépeket és a kvantumérzékelőket.

A kitüntetés 11 millió svéd koronával (388 millió forinttal) jár, amelyet a tudósok között egyenlő arányban osztanak fel. A díjat a hagyományoknak megfelelően december 10-én, az elismerést alapító Alfred Nobel halálának évfordulóján adják át.

Címlapról ajánljuk
Szakértő: fegyveres bandák uralják Líbiát és osztozkodnak a mesés energiavagyonon – de mit csináljon Európa?

Szakértő: fegyveres bandák uralják Líbiát és osztozkodnak a mesés energiavagyonon – de mit csináljon Európa?

Moammer el-Kadhafi uralmának 2011-es megdöntése óta polgárháborúról polgárháborúra bukdácsol az észak-afrikai emirátus, a fel-fellángoló konfliktusokba pedig időnként Európa nagyhatalmai is beleállnak, pedig még az Egyesült Államok is tudja: nem jó itt „megégni”. Marsai Viktor, a Migrációkutató Intézet igazgatója beszélt a helyzetről az InfoRádióban, és arról is, mitől is függ, hogy indulnak-e onnan migránsok Európába vagy sem.
VIDEÓ
EZT OLVASTA MÁR?
×
×
×
×
×