Nobelpriset i Fysik 2012 gick till upptäckter inom kvantfysik
Serge Haroche och David J. Wineland har fått Nobelpriset i Fysik 2012 ”för banbrytande experimentella metoder som möjliggör mätning och styrning av enstaka kvantsystem”. Ja, vad betyder nu detta för en vanlig dödlig?
De har båda på varsitt håll utvecklat metoder för att studera kvantfysikaliska fenomen. De använder båda elektriskt laddade partiklar – joner och fotoner. Men de gör det i princip tvärtom; Winelands metod studerar joner med hjälp av fotoner, och Haroches metod studerar fotoner med hjälp av rybergatomer – en väldigt ”uppblåst” atom.
Redan tidigt i kvantmekaniken hade man, teoretiskt, kommit fram till något som kallas superpositionsprincipen som säger att kvantpartiklar, under vissa omständigheter, kan uppta flera tillstånd samtidigt. Och det mest kända exemplet på superposition är ett tankeexperiment som formulerades av Erwin Schrödinger som ett sätt att visa hur bisarr kvantfysiken är – Schrödingers katt. Där låter man en katt vara instängd i en låda med en behållare med dödligt gift som släpps ut ifall en detektor detekterar ett radioaktivt sönderfall från ett prov som har 50 % sannolikhet att falla sönder under en viss tid. Och efter den tiden, ifall ingen observerar katten, så är, enligt superpositionsprincipen, katten både död och levande samtidigt. Men det kritiska i det hela är att ifall vi försöker interagera med katten och dess situation så faller genast superpositionen ihop till ett av fallen, katten är då antingen död eller levande.
Det har varit det som Haroche och Wineland båda har lyckats utarbeta metoder för; att studera superpositionen i enskilda kvantsystem utan att förstöra dem. Wineland och hans team lyckades försätta en jon i två energitillstånd samtidigt, genom att med laserpulser ge jonen precis hälften så mycket energi som krävs för att gå upp till nästa energinivå. Vilket försätter jonen i en 50 %-ig chans att antingen byta energinivå eller stanna kvar. Och Haroche och hans forskargrupp lyckades med bedriften att räkna antalet fotoner, instängda mellan två supraledande niob-speglar, utan att ”förstöra” dem.
Dessa upptäckter kan i slutändan leda till flera nya tekniska innovationer. Bland annat kvantdatorer och optiska klockor. Kvantdatorer är något som vissa menar skulle vara lika revolutionerande som dagens ”vanliga datorer” var, och fortfarande är än idag är. Optiska klockor har en noggrannhet som är 100 gånger bättre än dagens cesiumur (som idag används för att definiera sekunden). Och med dem skulle man kunna mäta tiden så exakt att man skulle kunna mäta skillnader, enligt Einsteins relativitetsteori, i hur fort tiden går på en höjdskillnad på bara 30 cm.
Mer information:
Populärvetenskaplig information
Betydligt mer hårdsmält information
En video om årets Nobelpris i fysik