Нобелевская премия по физике

Нобелевская премия по физике

Представьте себе, что нет никаких возможностей слежения за самолетами, кроме как вслепую сбивать их средствами ПВО и по упавшим обломкам определять маршруты лайнеров. Именно в таком положении долгое время пребывала квантовая механика. Теория успешно (пусть и вероятностно) предсказывала исход различных квантовых явлений, но внутренняя жизнь квантовых систем была ненаблюдаемой. Они столь малы, что почти любое воздействие непредсказуемо их меняет или даже разрушает. В 1952 году основоположник квантовой механики Эрвин Шрёдингер написал: «Мы никогда не экспериментируем только с одним электроном, атомом или молекулой». Но буквально на следующий год другой немецкий физик, Вольфганг Пауль (Wolfgang Paul), предложил идею магнитной ловушки для изучения отдельных ионов. К концу десятилетия он ее построил, а в 1989 году получил за это Нобелевскую премию вместе с конкурентом Хансом Демельтом (Hans Dehmelt) из американского Сиэтла, который совместно со своим учеником Дэвидом Уайнлендом (David Wineland) вдобавок научился лазерным лучом охлаждать пойманные ионы до практически полной остановки (за исключением неустранимой квантовой дрожи, связанной с принципом неопределенности).

Серж Арош (справа), Дэвид Уайнленд (слева)

В развитие этих работ Уайнленд стал световыми квантами лазера возбуждать отдельные атомы и, главное, научился, не нарушая процесса, следить, как по квантовым законам эти возбуждения передаются от одних ионов к другим. Именно это достижение отмечено Нобелевской премией 2012 года. Она разделена с французским физиком Сержем Арошем (Serge Haroche), который добился аналогичных результатов, но обратным способом, то есть зондируя пойманный в ловушку свет с помощью особым образом возбужденных атомов. Ловушка Ароша — полость размером 2,7 см со сверхпроводящими зеркальными стенками. Импульс микроволнового излучения за долю секунды совершает в ней миллиарды отражений.

Ловушка для ионов (на микрочипе в центре) с сосредоточенными на ней лазерными лучами. Национальная физическая лаборатория в Теддингтоне (Великобритания)

В это время поперек пучка поштучно пропускаются сильно возбужденные атомы рубидия, у которых под воздействием электромагнитного поля излучения немного меняется поведение электронов. Это позволяет получить информацию о состоянии импульса света в полости без поглощения его фотонов. Эксперимент Ароша сразу был использован для наблюдения эволюции так называемых запутанных квантовых состояний (типа кота Шрёдингера), лежащих в основе квантовых технологий.

Работы Уайнленда и Ароша — первые шаги к реализации квантовых технологий, базирующихся на особом поведении микрочастиц. Эти технологии открывают принципиально новые возможности, которые нельзя имитировать при помощи инструментов, основанных на обычной, классической физике.

 
# Вопрос-Ответ