Kvantumfizikai kutatásokért járt idén a fizikai Nobel-díj, hárman osztoznak rajta

A Svéd Királyi Tudományos Akadémia és a Nobel-bizottság képviselői kedd délelőtt bejelentették, hogy ki kapja a fizikai Nobel-díjat 2022-ben. A tavalyi díjazáshoz hasonlóan idén is hárman osztoznak a díjon: Alain Aspect, John F. Clauser és Anton Zeilinger, méghozzá az összefonódó fotonokkal végzett kísérletekért, a Bell-egyenlőtlenség megsértésének megállapításáért és a kvantuminformatika területén bemutatott úttörő tevékenységükért. A három díjazott egyenlő arányban osztozik a díjjal járó 10 millió svéd koronán.

Thors Hans Hansson, a bizottság tagja szerint az idei díjazottak segítettek a kvantummechanika megértésében. A munkájuknak köszönhetően jobban megértjük a természetet, méghozzá olyan módon, ahogy korábban nem tudtuk. Az idei díjazottak munkájának van némi gyakorlati haszna (például a kvantumkriptográfia területén), de talán fontosabb a tudományterületre gyakorolt hatásuk.

Na de mi ez az emlegetett egyenlőtlenség? Az 1960-as években John Stewart Bell kidolgozta a róla elnevezett matematikai egyenlőtlenséget. Ez azt állítja, hogy ha vannak rejtett változók, akkor a nagyszámú mérés eredményei közötti korreláció soha nem fog meghaladni egy bizonyos értéket. A kvantummechanika azonban azt jósolja, hogy egy bizonyos típusú kísérlet megszegi a Bell-egyenlőtlenséget, és így erősebb korrelációt eredményez, mint ami egyébként lehetséges lenne.

John Clauser 1969-ben, a Columbia Egyetemen szerezte meg a PhD-ját, most a J. F. Clauser & Associates kutatója. Egy olyan eszközt épített, ami kalciumatomok segítségével összefonódó fotonokat bocsátott ki. Két szűrővel megvizsgálta a fotonok polaritását, és az eredményei egyértelműen megszegték a Bell-egyenlőtlenséget. Ez azt jelenti, hogy a kvantummechanika nem helyettesíthető olyan elmélettel, amely rejtett változókat használ.

Alain Aspect a Paris-Sud Egyetemen, 1983-ban szerezte meg a PhD-ját, most a Paris-Sacley Műszaki Egyetem professzora. Aspect kifejlesztett egy módszert egy fontos kiskapu bezárására. Képes volt átállítani a mérési beállításokat, miután egy összefonódott részecskepár elhagyta a forrását, így a kibocsátáskor fennálló beállítás nem befolyásolhatta az eredményt.

Anton Zellinger, a Bécsi Egyetem professzora, az összefonódott kvantumállapotokat kutatta. Kutatócsoportja többek között a kvantumteleportációnak nevezett jelenséget mutatta be, amely lehetővé teszi, hogy egy kvantumállapotot egy részecskéről egy másik részecskére távolról áthelyezzenek. A kvantumteleportálás nagyon nagy vonalakban nem egy kényelmes utazóeszköz, hanem egy kommunikációs protokoll. A kvantumrendszerek közötti kommunikáció sokkal érzékenyebb, mint mondjuk a morzézás vagy a digitális jelek továbbítása, mert a rendszert erősen befolyásolja a továbbító csatornában található zaj, így az információ könnyen instabillá válik, és akár el is veszhet.

Tavaly hárman osztoztak a díjon

A 2021-es díjon hárman osztoztak. Az egyik felét Syukoro Manabe és Klaus Hasselman kapta meg, ők a klímaváltozást vizsgálták, és a bizottság szerint „a Föld klímájának fizikai modellezése, a globális felmelegedés változóinak meghatározása és megbízható előrejelzése” az, amivel kiérdemelték a díjat. A másik felét az olasz Giorgio Parisi kapta, aki általánosabban foglalkozik komplex rendszerekkel.

Thors Hans Hansson, a bizottság akkori elnöke azzal indokolta a döntést, hogy bár a kutatási területeik igencsak eltérőek, azok alkalmazása összeköti őket. A földi klíma modellezése és a klíma mint komplex rendszer fizikai leírása együtt járultak hozzá ahhoz, hogy az emberiség jobban megértse a klímaváltozást, és előrejelzéseket tegyen vele kapcsolatban. Az elnök válaszában nem titkolta, hogy egyfajta üzenetnek is szánják a döntést.

1895-ben Alfred Nobel – aki többek között a dinamit feltalálásról híres – végrendeletében kijelentette, hogy azt szeretné, hogy a vagyona nagy részéből indítsanak egy díjat, ami azoknak jár, akik az előző évben bizonyos területeken a legjelentősebb felfedezéseket tették. Az első Nobel-díjakat 1901-ben adták át, a fizikait Wilhelm Conrad Röntgen kapta a róla elnevezett sugárzás felfedezéséért.

Eddig 115 fizikai Nobel-díjat osztottak ki, és 120 év alatt 218-an kapták meg a díjat – John Bardeen kétszer is. A legfiatalabb díjazott a 25 éves brit Lawrence Bragg volt, aki apjával, William Henry Bragg-gel együtt kapta meg 1925-ben a díjat a kristályszerkezet röntgensugárzással történő vizsgálataiért. A legidősebb fizikai Nobel-díjas az amerikai Arthur Ashkin volt, aki 2018-ban 96 évesen örülhetett az elismerésnek, amit optikai csipeszek megalkotásával és alkalmazásával érdemelt ki.

Nők eddig négyszer kaptak fizikai Nobelt (a többi kategóriában valamivel több a női díjazott), legutóbb Andrea Ghez 2021-ben. Rajta kívül 2018-ban Donna Strickland, 1963-ban Maria Goeppert-Mayer, 1903-ban pedig Marie Curie kapta meg a díjat. A lengyel–francia Marie Curie férjével, Pierre-rel, illetve Henri Becquerellel közösen érdemelte ki a díjat a radioaktivitással kapcsolatos kutatásaikkal. Marie Curie 1911-ben egyedül megkapta a kémiai Nobel-díjat is a rádium és a polónium felfedezéséért. További érdekesség, hogy 1935-ben aztán a Curie házaspár idősebbik lánya, Irène Joliot-Curie és férje, Frédéric Joliot-Curie is megkapta a kémiai Nobelt új radioaktív elemek szintéziséért.

Genetikai kutatásokért járt az idei orvosi-élettani Nobel

A Nobel-hét tegnap indult, amikor bejelentették az orvosi-élettani Nobelt. Ezt hétfőn a svéd Svante Pääbo kapta, méghozzá a kihalt emberszabásúak genomjával és az emberi evolúcióval kapcsolatos felfedezéseiért.

A Nobel-díj honlapjának közleménye szerint Pääbo valami látszólag lehetetlennek tűnő dolgot ért el azzal, hogy szekvenálta a neandervölgyi ember, a mai ember kihalt rokona genomját. Emellett szenzációs tette volt egy korábban ismeretlen emberféle, a gyeniszovai ember felfedezése. Utóbbihoz egy kisujjcsontból kinyert DNS vezetett.

A svéd kutató egyik fontos megállapítása volt, hogy a ma már kihalt emberfélékről a Homo sapiensre körülbelül 70 ezer évvel kezdődött afrikai vándorlás után történt meg a génátvitel. Ennek az ősi génáramlásnak ma is van fiziológiai jelentősége, például befolyásolja, hogyan reagál az immunrendszerünk a különböző fertőzésekre. Pääbo kutatásai egy teljesen új tudományágat, a paleogenomikát hozták létre.

A bejelentéssorozat hétfőig tart. Szerdán derül ki, hogy kinek ítélték oda a kémiai Nobelt, míg csütörtökön az irodalmi, pénteken pedig a békedíjast jelentik be. Jövő hétfőn a közgazdasági Nobel-díjat ítélik oda, amit a svéd központi bank alapított. A díjakat december 10-én szokták átadni, Nobel halálának évfordulóján, és a nyertesek az oklevélen és aranyérmén kívül 10 millió svéd koronát (nagyjából 387 millió forintot) is kapnak.