Nobelprijs Natuurkunde voor 'kwantumsprong' naar macroniveau
De Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen heeft besloten de Nobelprijs voor Natuurkunde 2025 toe te kennen aan:
John Clarke , Michel H. Devoret en John M. Martinis voor de ontdekking van macroscopische kwantummechanische tunneling en energiekwantificering in een elektrisch circuit" Alle drie werken ze aan de Universiteit van Californië en sommige andere universiteiten.
De Laureaten Bld Ill. Niklas Elmehed / Nobel Prize Outreach
Maximale grootte kwantummechanische effecten
Een belangrijke vraag in de natuurkunde is de maximale grootte van een systeem dat kwantummechanische effecten kan vertonen. De Nobelprijswinnaars van dit jaar voerden experimenten uit met een elektrisch circuit waarin ze zowel kwantummechanische tunneling als 'gekwantiseerde' energieniveaus demonstreerden in een systeem dat groot genoeg is om in de hand te houden.
Elektronen vormen zg. Cooper paren en vormen samen in 'wave', een golf die ook doorgaat aan de andere kant van een barrière Bld: Nobel Prize in Physics 2025
Kwantummechanica stelt een deeltje in staat om dwars door een barrière te bewegen, met behulp van een proces dat tunneling wordt genoemd. Zodra er grote aantallen deeltjes bij betrokken zijn, worden kwantummechanische effecten meestal onbeduidend. De experimenten van de laureaten toonden aan dat kwantummechanische eigenschappen op macroscopische schaal concreet kunnen worden gemaakt.
In 1984 en 1985 voerden John Clarke, Michel H. Devoret en John M. Martinis een reeks experimenten uit met een elektronisch circuit bestaande uit supergeleiders, componenten die een stroom kunnen geleiden zonder elektrische weerstand.
Experimentele opstelling. 1 centimeter is macro voor elektronen. Bld: Nobel Prize in Physics 2025
In het circuit werden de supergeleidende componenten gescheiden door een dunne laag niet-geleidend materiaal, een opstelling die bekend staat als een Josephson-overgang. Door alle verschillende eigenschappen van hun circuit te verfijnen en te meten, konden ze de verschijnselen die ontstonden wanneer ze er stroom doorheen lieten lopen, beheersen en onderzoeken. De geladen deeltjes die door de supergeleider bewogen, vormden samen een systeem dat zich gedroeg alsof ze één enkel deeltje waren dat het hele circuit vulde.
Dit macroscopische deeltjesachtige systeem bevindt zich aanvankelijk in een toestand waarin stroom vloeit zonder enige spanning. Het systeem zit gevangen in deze toestand, alsof het achter een barrière zit die het niet kan passeren. In het experiment toont het systeem zijn kwantumkarakter door via tunneling te ontsnappen aan de nulspanningstoestand. De veranderde toestand van het systeem wordt gedetecteerd door het verschijnen van een spanning.
De laureaten konden ook aantonen dat het systeem zich gedraagt zoals voorspeld door de kwantummechanica: het is gekwantiseerd, wat betekent dat het slechts specifieke hoeveelheden energie absorbeert of uitzendt.
"Het is geweldig om te kunnen vieren hoe de eeuwenoude kwantummechanica voortdurend voor nieuwe verrassingen zorgt. Het is ook enorm nuttig, aangezien kwantummechanica de basis vormt van alle digitale technologie", aldus Olle Eriksson, voorzitter van het Nobelcomité voor Natuurkunde.
Transistors in computerchips
De transistors in computerchips zijn een voorbeeld van de gevestigde kwantumtechnologie die ons omringt. De Nobelprijs voor Natuurkunde van dit jaar heeft kansen geboden voor de ontwikkeling van de volgende generatie kwantumtechnologie, waaronder kwantumcryptografie, kwantumcomputers en kwantumsensoren.
-S.jpeg)
.gif)
