Што гэта за загадкавы квантавы тунэль, за які сёння далі Нобеля?

Лаўрэатамі Нобелеўскай прэміі па фізіцы 2025 года сёння сталі брытанец Джон Кларк, амерыканец Джон М. Марцініс і француз Мішэль Х. Дэварэ. Яны атрымалі прэмію за адкрыццё макраскапічнага квантава-механічнага тунэлявання і квантавання энергіі ў электрычным ланцугу, піша Бі-бі-сі.

Як гаворыцца ў прэс-рэлізе Нобелеўскага камітэта, адно з асноўных пытанняў у фізіцы — гэта максімальны памер сістэмы, у якой могуць праяўляцца квантава-механічныя эфекты. Лаўрэаты Нобелеўскай прэміі гэтага года правялі эксперыменты з электрычным ланцугом, у якіх прадэманстравалі і квантава-механічны тунэльны эфект, і квантаваныя ўзроўні энергіі ў сістэме, дастаткова вялікай, каб яе можна было ўзяць у руку.

Квантавы тунэль

Прынцыпы квантавай механікі дазваляюць часціцы праходзіць праз бар’еры з дапамогай механізму, які называецца тунэляваннем. Але калі ў працэсе ўдзельнічае вялікая колькасць часціц, квантава-механічныя эфекты звычайна становяцца нязначнымі. Лаўрэаты прэміі гэтага года эксперыментальна паказалі, што квантава-механічныя ўласцівасці могуць праяўляцца на макраскапічным узроўні.

У 1984 і 1985 гадах Джон Кларк, Мішэль Дэварэ і Джон Марцініс правялі серыю эксперыментаў з электроннай схемай, пабудаванай са звышправаднікоў — кампанентаў, якія могуць праводзіць ток без электрычнага супраціву. У іх схеме звышправодныя кампаненты былі адасоблены тонкім пластом неправоднага матэрыялу — так званы джозефсонаўскі кантакт (эфект Джозефсана — гэта з’ява працякання звышправоднага току праз тонкі пласт дыэлектрыка, які раздзяляе два звышправоднікі).

Удасканаліўшы і вымераўшы ўсе розныя ўласцівасці сваёй схемы, вучоныя здолелі кантраляваць і даследаваць з’явы, якія ўзнікаюць пры праходжанні току праз яе. Зараджаныя часціцы, рухаючыся праз звышправаднік, узаемадзейнічалі так, як быццам яны складалі адну часціцу, якая запаўняе ўсю схему. Гэтая макраскапічная сістэма, падобная да часціцы, першапачаткова знаходзіцца ў стане, у якім ток цячэ без напружання. Сістэма нібыта закрыта ў гэтым стане, як быццам за бар’ерам, які яна не можа пераадолець. У эксперыменце сістэма дэманструе свой квантавы характар, здольная выйсці з стану нулявога напружання праз тунэляванне. Змена стану сістэмы выяўляецца па з’яўленні напружання.

Лаўрэаты таксама здолелі прадэманстраваць, што сістэма паводзіць сябе так, як і прагназуе квантавая механіка — яна паглынае або выпраменьвае толькі пэўныя колькасці (кванты) энергіі. «Дзіўна, што квантавая механіка, якой ужо сто гадоў, працягвае прыносіць новыя сюрпрызы. Акрамя таго, яна надзвычай карысная, бо з’яўляецца асновай усіх лічбавых тэхналогій», — сказаў Олле Эрыксан, старшыня Нобелеўскага камітэта па фізіцы.

Транзістары ў мікрачыпах камп’ютараў — адзін з прыкладаў квантавай тэхналогіі, якая нас атачае. Нобелеўская прэмія па фізіцы гэтага года адкрыла магчымасці для распрацоўкі квантавых тэхналогій наступнага пакалення, уключаючы квантавую крыптаграфію, квантавыя камп’ютары і квантавыя датчыкі.

Заўтра будуць названыя нобелеўскія лаўрэаты па хіміі.

• 11
• 1
• 1
• 2
• 0
• 0
• 0
• 0