جایزه نوبل فیزیک 2025؛ چه کسانی این افتخار را کسب کردند؟

اهدای جایزه به پژوهشگران برجسته

کمیته نوبل جایزه نوبل فیزیک امسال را به جان کلارک (John Clarke)، میشل اچ. دوورت (Michel H. Devoret) و جان ام. مارتینز (John M. Martinis) بخاطر کشف «پدیده تونل زنی مکانیکی کوانتومی در مقیاس ماکروسکوپی و کوانتیده شدن انرژی در یک مدار الکتریکی» اهدا کرد.

هر سال این جایزه از سوی آکادمی سلطنتی علوم سوئد به دانشمندانی که دستاوردهایی برجسته در زمینه گسترش درک بشر از جهان فیزیک دارند، تعلق می‌گیرد.

مصاحبه تلفنی با برندگان جایزه

پس از اعلام نتیجه، تماسی تلفنی با یکی از برندگان، جان کلارک برقرار شد. او در مصاحبه‌ای با خبرنگاران بیان کرد که هیچ‌گاه تصور نمی‌کرد پژوهش‌هایش باعث دریافت جایزه نوبل شود.

او که از دریافت جایزه غافلگیر شده بود، در پاسخ به سوالات گفت که این مطالعات کاربردهایی روشن در دنیای واقعی دارند، برای مثال در تلفن‌های همراه. وی افزود که اکنون با تلفن همراه خود با خبرنگاران صحبت می‌کند؛ و این امکان نتیجه همین مطالعات علمی است.

برندگان امسال چه کسانی هستند؟

این جایزه به جان کلارک از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، میشل اچ. دوورت از دانشگاه ییل و جان ام. مارتینز از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا اهدا شد. آزمایش‌های این دانشمندان روی یک تراشه، مبانی فیزیک کوانتومی را در عمل نمایش داده است.

نمایش فیزیک کوانتومی در مقیاس ماکروسکوپی

یکی از چالش‌ها در فیزیک این است که بیشترین اندازه سامانه‌هایی که می‌توانند اثرات مکانیک کوانتومی را نشان دهند چقدر است؟ آزمایش‌های برندگان امسال این پرسش را با یک مدار الکتریکی پاسخ دادند. آنها توانستند نه تنها تونل زنی کوانتومی، بلکه حالت‌های انرژی کوانتیده را در سامانه بزرگی به نمایش بگذارند که قابل لمس بود.

مکانیک کوانتومی به ذرات اجازه می‌دهد بدون نیاز به عبور از مانع، از آن عبور کنند؛ فرایندی که به تونل زنی معروف است. آزمایش‌های برندگان نشان دادند که ویژگی‌های کوانتومی می‌توانند به طور ملموس در مقیاس ماکروسکوپی نیز اتفاق بیفتند.

تصویر ساده‌ای از تونل زنی کوانتومی

به زبان ساده، تصور کنید که یک توپ به سمت دیوار پرتاب می‌شود. در دنیای واقعی، این توپ از دیوار عبور نمی‌کند. اما در دنیای کوانتومی، ذرات کوچک مانند الکترون‌ها گاه می‌توانند به طور جادویی از دیوار عبور کنند. پدیده‌ای که به عنوان «تونل زنی کوانتومی» شناخته می‌شود.

برندگان نوبل امسال توانستند سامانه‌ای طراحی کنند که مشابه رفتار ذرات کوانتومی عمل کرده ولی به اندازه‌ای بزرگ بوده که قابل لمس بوده است.

ساختار و آزمایش‌های ابررساناها

در سال‌های ۱۹۸۴ و ۱۹۸۵، این دانشمندان با استفاده از مدارهای ساخته شده از ابررساناها، آزمایش‌هایی انجام دادند که توانایی هدایت جریان بدون مقاومت الکتریکی را داشت. در این مدار، اجزای ابررسانا بوسیله لایه‌ای نارسانا جدا شده بودند که به آن اتصال جوزفسون (Josephson junction) می‌گویند.

آنها توانستند با اندازه‌گیری دقیق ویژگی‌های مدار خود، پدیده‌های رخ داده هنگام عبور جریان را کنترل و بررسی کنند. سامانه‌ای که ذرات باردار را درون خود حرکت می‌داد، چنان رفتار می‌کرد که گویی یک ذره واحد مدار را پر کرده است.

تعریف رفتار کوانتومی در سامانه بزرگ

سامانه ابتدا در حالتی قرار داشت که جریان بدون ولتاژی جریان داشت و به گونه‌ای گیر افتاده بود که از مانع عبور نمی‌کرد. با این حال، در آزمایش نشان داد که می‌تواند از حالت بدون ولتاژ از طریق تونل زنی عبور کند و این تغییر حالت از طریق ایجاد ولتاژ قابل تشخیص بود.

پیش‌گویی‌های مکانیک کوانتومی

برندگان ثابت کردند که سامانه مطابق پیش‌بینی مکانیک کوانتومی عمل کرده و فقط می‌تواند مقادیر خاصی از انرژی را جذب یا دفع کند. این ویژگی به عنوان کوانتیده شدن انرژی شناخته می‌شود.

پیامدهای فناوری کوانتوم

به گفته اوله اریکسون، رئیس کمیته نوبل فیزیک، مکانیک کوانتومی نه تنها شگفتی‌های جدید ارائه می‌دهد بلکه مبانی تمامی فناوری‌های دیجیتال امروز است. نمونه‌هایی مانند ترانزیستورها در ریزتراشه‌ها نشان‌دهنده فناوری کوانتومی است که در پیرامون ما قرار دارند.

جایزه نوبل فیزیک امسال امیدهایی را برای توسعه نسل‌ بعدی فناوری‌های کوانتومی مانند رایانه‌های کوانتومی، رمزنگاری کوانتومی و حسگرهای کوانتومی به وجود آورده است.