A fizikai Nobel-díjasok listája. Fizikai Nobel-díjasok

Ma, 2018. október 2-án került sor a fizikai Nobel-díj nyerteseinek kihirdetésére Stockholmban. A díjat „a lézerfizika területén végzett áttörést jelentő felfedezésekért” ítélték oda. A megfogalmazás megjegyzi, hogy a díj felét Arthur Ashkin kapja az „optikai csipeszekért és biológiai rendszerekben való felhasználásukért”, a másik felét pedig Gérard Mourou és Donna Strickland „nagy intenzitású ultrarövid optikai impulzusok generálására szolgáló módszerükért”.

HÍREK⁰A Svéd Királyi Tudományos Akadémia úgy döntött, hogy odaítéli a #Nóbel díj a Fizika 2018-ban „a lézerfizika úttörő találmányaiért”, amelynek egyik felét Arthur Ashkin, másik felét pedig Gérard Mourou és Donna Strickland közösen. pic.twitter.com/PK08SnUslK

2018. október 2

Arthur Ashkin feltalálta az optikai csipeszt, amely képes befogni és mozgatni az egyes atomokat, vírusokat és élő sejteket anélkül, hogy károsítaná őket. Ezt a lézersugárzás fókuszálásával és gradiens erők alkalmazásával éri el, amelyek a részecskéket olyan területre vonják, ahol az elektromágneses tér nagyobb intenzitású. Ashkin csoportjának először 1987-ben sikerült ilyen módon élő sejtet befognia. Jelenleg ezt a módszert széles körben alkalmazzák vírusok, baktériumok, emberi szövetsejtek tanulmányozására, valamint az egyes atomok manipulálására (nano méretű rendszerek létrehozására).

Gerard Moore-nak és Donna Stricklandnek 1985-ben sikerült először ultrarövid, nagy intenzitású lézerimpulzusok forrását létrehozni a lézeres munkakörnyezet tönkretétele nélkül. Kutatásuk előtt a rövid impulzusú lézerek jelentős felerősítése lehetetlen volt: egyetlen impulzus az erősítőn keresztül a rendszer tönkretételéhez vezetett a túl nagy intenzitás miatt.

A Moore és Strickland által kifejlesztett impulzusgenerálási módszert ma csiripelt impulzuserősítésnek nevezik: minél rövidebb a lézerimpulzus, annál szélesebb a spektruma, és az összes spektrális komponens együtt terjed. Azonban egy pár prizma (vagy diffrakciós rács) használatával az impulzus spektrális komponensei egymáshoz képest késleltethetők, mielőtt belépnének az erősítőbe, és ezáltal minden pillanatban csökkenthető a sugárzás intenzitása. Ezt a csiripelt impulzust ezután egy optikai rendszer felerősíti, majd egy inverz diszperziós optikai rendszer (általában diffrakciós rács) segítségével ismét rövid impulzussá tömöríti.

Az ultraéles lézersugarak rendkívül precíz lyukak vágását vagy fúrását teszik lehetővé különféle anyagokban – még élő anyagban is. Évente milliónyi szemműtétet hajtanak végre a legélesebb lézersugárral. #Nóbel díj pic.twitter.com/MiYb4i8AHw

A Nobel-díj (@NobelPrize) 2018. október 2

A csipogó impulzusok felerősítése lehetővé tette hatékony, észrevehető teljesítményű femtoszekundumos lézerek létrehozását. Képesek erőteljes impulzusok leadására, amelyek a másodperc kvadrilliod részeiig tartanak. Ezek alapján ma már számos ígéretes rendszert hoztak létre mind az elektronikában, mind a laboratóriumi berendezésekben, amelyek a fizika számos területén fontosak. Ugyanakkor folyamatosan találnak új, gyakran váratlan gyakorlati alkalmazási területeket.

Például a femtoszekundumos lézeres látásjavítás (SMall Incision Lenticula Extraction) módszere lehetővé teszi egy személy szem szaruhártyájának egy részének eltávolítását és ezáltal a rövidlátás korrigálását. Bár magát a lézeres korrekciós megközelítést már az 1960-as években javasolták, a femtoszekundumos lézerek megjelenése előtt az impulzusok ereje és rövidsége nem volt elegendő a hatékony és biztonságos szemműködéshez: a hosszú impulzusok túlmelegítették a szemszövetet és károsították azokat, ill. a rövid impulzusok túl gyengék voltak ahhoz, hogy elérjék a kívánt vágást a szemen. Ma világszerte emberek milliói estek át hasonló lézerekkel végzett műtéteken.

Emellett a femtoszekundumos lézerek rövid impulzustartamuk miatt lehetővé tették olyan eszközök létrehozását, amelyek ultragyors folyamatokat figyelnek és vezérelnek mind a szilárdtestfizikában, mind az optikai rendszerekben. Ez azért rendkívül fontos, mert az ilyen sebességű folyamatok rögzítésére szolgáló eszköz megszerzése előtt szinte lehetetlen volt számos rendszer viselkedését tanulmányozni, amelyek alapján a feltételezések szerint ígéretes elektronikát lehet létrehozni. a jövőről.

Alekszej Scserbakov, a MIPT Nanoptikai és Plazmonikus Laboratóriumának vezető kutatója a következőt kommentálta az Atticnak: „Gerard Mourou-nak a femtoszekundumos lézerek fejlesztéséhez való hozzájárulásáért kapott Nobel-díjat már régóta, tíz éve, vagy talán még tovább. A kapcsolódó munkák szerepe valóban alapvető, és az ilyen típusú lézereket világszerte egyre gyakrabban alkalmazzák. Ma már nehéz felsorolni az összes olyan területet, ahol használják őket. Igaz, nehéz megmondani, mi okozta a Nobel-bizottság azon döntését, hogy Murát és Ashkint, akiknek a fejleményei nem kapcsolódnak közvetlenül, egy díjban egyesítették. Valóban nem ez a legkézenfekvőbb döntés a bizottság részéről. Talán úgy döntöttek, hogy lehetetlen csak Moore-nak vagy csak Ashkinnak díjat adni, de ha a díj felét az egyik irányért, a másik felét pedig a másikért adnák, akkor ez teljesen indokoltnak tűnik..

A Svéd Királyi Tudományos Akadémia a stockholmi Svéd Királyi Tudományos Akadémia évente ítéli oda a fizikai Nobel-díjat, amely az adott tudomány legmagasabb tudományos teljesítményéért járó elismerés. Alfred Nobel svéd kémikus és vállalkozó akarata alapján jött létre. A díjat egyszerre legfeljebb három tudós kaphatja meg. A pénzjutalom egyenlően osztható el közöttük, vagy fele és két negyedre osztható. 2017-ben a készpénzbónuszt nyolcaddal – nyolcról kilencmillió koronára (körülbelül 1,12 millió dollárra) – emelték.

Minden díjazott érmet, oklevelet és pénzjutalmat kap. Az érmeket és pénzdíjakat hagyományosan a december 10-én, Nobel halálának évfordulóján megrendezésre kerülő stockholmi ünnepségen adják át a díjazottaknak.

Az első fizikai Nobel-díjat 1901-ben Wilhelm Conrad Roentgen kapta a később róla elnevezett sugarak tulajdonságainak felfedezéséért és tanulmányozásáért. Érdekes módon a tudós elfogadta a díjat, de nem volt hajlandó eljönni az átadási ceremóniára, mondván, hogy nagyon elfoglalt. Ezért a jutalmat postán küldték el neki. Amikor az első világháború idején a német kormány arra kérte a lakosságot, hogy pénzzel és értéktárgyakkal segítsék az államot, Roentgen minden megtakarítását odaadta, beleértve a Nobel-díjat is.

Tavaly, 2017-ben a fizikai Nobel-díjat Rainer Weiss, Barry Barish és Kip Thorne kapta. Ez a három fizikus döntő mértékben hozzájárult a gravitációs hullámokat észlelő LIGO detektorhoz. Segítségükkel most lehetővé vált a neutroncsillagok és a teleszkópok számára láthatatlan fekete lyukak egyesülésének nyomon követése.

Érdekes módon a jövő évtől jelentősen megváltozhat a helyzet a Nobel-díjak kiadásával kapcsolatban. A Nobel-bizottság javasolni fogja, hogy a díjak döntéshozói a nemek alapján válasszák ki a jelölteket, több nőt vonjanak be, valamint etnikai hovatartozás szerint, hogy növeljék a nem nyugatiak számát. Ez azonban valószínűleg nem érinti a fizikát – eddig csak két díjazott volt nő. És éppen idén Donna Strickland lett a harmadik.

A következő szöveggel: " az anyag topológiai fázisátalakulásának és topológiai fázisainak elméleti felfedezéséhez" E mögött kissé homályos és a nagyközönség számára érthetetlen kifejezés mögött a fizikusok számára is nem triviális és meglepő hatások egész világa húzódik meg, amelyek elméleti feltárásában az 1970-es és 1980-as években kulcsszerepet játszottak a díjazottak. Természetesen nem ők voltak az egyetlenek, akik akkoriban felismerték a topológia jelentőségét a fizikában. Így Vadim Berezinszkij szovjet fizikus egy évvel Kosterlitz és Thouless előtt megtette az első fontos lépést a topológiai fázisátmenetek felé. Sok más név is szerepelhet Haldane neve mellé. De akárhogy is legyen, mindhárom díjazott minden bizonnyal ikonikus figura a fizika ezen részében.

Lírai bevezetés a sűrített anyag fizikába

Közérthető szavakkal elmagyarázni annak a munkának a lényegét és fontosságát, amelyért a 2016-os fizikai Nobel-díjat elnyerték, nem könnyű feladat. Nemcsak maguk a jelenségek összetettek, ráadásul kvantuálisak, de sokfélék is. A díjat nem egy konkrét felfedezésért ítélték oda, hanem azoknak az úttörő munkáknak a teljes listájáért, amelyek az 1970–1980-as években ösztönözték a kondenzáltanyag-fizika új irányvonalának kialakulását. Ebben a hírben egy szerényebb célt próbálok elérni: pár példával megmagyarázni lényeg mi az a topológiai fázisátmenet, és azt az érzést közvetíti, hogy ez egy igazán szép és fontos fizikai hatás. A történet a díjnak csak az egyik feléről szól majd, arról, amelyben Kosterlitz és Thouless megmutatta magát. Haldane munkája ugyanolyan lenyűgöző, de még kevésbé vizuális, és nagyon hosszú történetet igényelne a magyarázat.

Kezdjük egy gyors bevezetéssel a fizika legfenomenálisabb szakaszába - a sűrített anyag fizikába.

A kondenzált anyag a köznapi nyelven az, amikor sok azonos típusú részecske találkozik, és erősen befolyásolja egymást. Itt szinte minden szó kulcsfontosságú. Maguknak a részecskéknek és a köztük lévő kölcsönhatás törvényének azonos típusúaknak kell lenniük. Kérem, vegyen több különböző atomot, de a lényeg az, hogy ez a rögzített halmaz ismétlődik újra és újra. Sok részecske legyen; egy-két tucat még nem sűrített közeg. És végül erősen befolyásolniuk kell egymást: lökdösni, húzni, zavarni egymást, esetleg cserélni valamit egymással. A ritkított gáz nem tekinthető kondenzált közegnek.

A sűrített anyag fizikájának fő kinyilatkoztatása: ilyen nagyon egyszerű „játékszabályokkal” a jelenségek és hatások végtelen tárházát tárta fel. A jelenségek ilyen sokfélesége egyáltalán nem a tarka összetétel miatt jön létre - a részecskék azonos típusúak -, hanem spontán módon, dinamikusan, ennek hatására. kollektív hatások. Valójában, mivel a kölcsönhatás erős, nincs értelme az egyes atomok vagy elektronok mozgását nézni, mert az azonnal hatással van az összes legközelebbi szomszéd viselkedésére, sőt talán a távoli részecskékre is. Amikor olvasol egy könyvet, az nem az egyes betűk szórásával, hanem egymáshoz kapcsolódó szavak halmazával „szól” hozzád, a betűk „kollektív hatásának” formájában. Hasonlóképpen, a sűrített anyag a szinkron kollektív mozgások nyelvén „beszél”, és egyáltalán nem az egyes részecskék. És kiderül, hogy ezeknek a kollektív mozgalmaknak nagyon sokféle változata létezik.

A jelenlegi Nobel-díj elismeri a teoretikusok munkáját egy másik „nyelv” megfejtésében, amelyet a sűrített anyag képes „beszélni” – a nyelvet. topológiailag nemtriviális gerjesztések(az alábbiakban látható). Jó néhány olyan konkrét fizikai rendszert találtak már, amelyekben ilyen gerjesztések keletkeznek, és ezekben a díjazottak sokakban közreműködtek. De itt nem a konkrét példák a legjelentősebbek, hanem maga az a tény, hogy ez a természetben is előfordul.

A kondenzált anyag sok topológiai jelenségét először a teoretikusok találták ki, és úgy tűnt, hogy csak matematikai csínytevések voltak, amelyek nem relevánsak a világunk számára. De aztán a kísérletezők valódi környezetet fedeztek fel, amelyben ezeket a jelenségeket megfigyelték, és a matematikai csínytevés hirtelen új, egzotikus tulajdonságokkal rendelkező anyagok osztályát szülte. A fizika ezen ágának kísérleti oldala jelenleg felfelé ível, és ez a rohamos fejlődés a jövőben is folytatódni fog, új, programozott tulajdonságú anyagokat és ezekre épülő eszközöket ígérve számunkra.

Topológiai gerjesztések

Először tisztázzuk a „topológiai” szót. Ne ijedjen meg attól, hogy a magyarázat tiszta matematikának fog hangzani; A fizikával való kapcsolat úgy fog megjelenni, ahogy haladunk.

Van a matematikának egy ilyen ága - a geometria, az alakok tudománya. Ha egy alak alakja simán deformálódik, akkor a közönséges geometria szempontjából maga az alak változik. De az ábráknak vannak közös jellemzői, amelyek sima deformációval, szakadás vagy ragasztás nélkül változatlanok maradnak. Ez az ábra topológiai jellemzője. A topológiai jellemzők leghíresebb példája a lyukak száma egy háromdimenziós testben. A teásbögre és a fánk topológiailag egyenértékűek, mindkettőnek pontosan egy lyuk van, ezért az egyik forma sima deformációval a másikká alakítható. A bögre és a pohár topológiailag különbözik, mivel az üvegen nincs lyuk. Az anyag megszilárdítása érdekében azt javaslom, hogy ismerkedjen meg a női fürdőruhák kiváló topológiai osztályozásával.

Tehát a következtetés: topológiailag egyenértékűnek tekintjük mindazt, ami sima deformációval egymásra redukálható. Két olyan alakzatot tekintünk topológiailag különbözőnek, amelyek semmilyen sima változtatással nem alakíthatók át egymásba.

A második magyarázandó szó az „izgalom”. A kondenzált anyag fizikában a gerjesztés bármely kollektív eltérés egy „halott” álló állapottól, vagyis a legalacsonyabb energiájú állapottól. Például, amikor egy kristályt eltaláltak, hanghullám futott át rajta - ez a kristályrács vibrációs gerjesztése. A gerjesztéseket nem kell erőltetni, a nullától eltérő hőmérséklet miatt spontán módon keletkezhetnek. A kristályrács szokásos hőrezgése valójában sok különböző hullámhosszú rezgésgerjesztés (fonon), amelyek egymásra vannak rakva. Ha a fononkoncentráció magas, fázisátalakulás következik be, és a kristály megolvad. Általánosságban elmondható, hogy amint megértjük, hogy egy adott kondenzált közeget milyen gerjesztésekkel kell leírni, megkapjuk a termodinamikai és egyéb tulajdonságainak kulcsát.

Most kössünk össze két szót. A hanghullám topológiailag egy példa jelentéktelen izgalom. Ez okosan hangzik, de fizikai lényegét tekintve egyszerűen azt jelenti, hogy a hangot tetszés szerint halkíthatjuk, akár teljesen el is tűnik. A hangos hang az atomok erős rezgését, a halk hang gyenge rezgést jelent. A rezgések amplitúdója simán lecsökkenthető nullára (pontosabban kvantumhatárra, de ez itt lényegtelen), és akkor is hanggerjesztés, fonon lesz. Ügyeljen a legfontosabb matematikai tényre: van egy művelet, amely az oszcillációkat zökkenőmentesen nullára változtatja - ez egyszerűen az amplitúdó csökkenése. Ez pontosan azt jelenti, hogy a fonon topológiailag triviális perturbáció.

És most be van kapcsolva a sűrített anyag gazdagsága. Egyes rendszerekben vannak olyan gerjesztések, amelyek nem lehet simán nullára redukálni. Fizikailag nem lehetetlen, de alapvetően – a forma nem engedi. Egyszerűen nincs mindenütt olyan zökkenőmentes működés, amely egy gerjesztésű rendszert a legalacsonyabb energiájú rendszerre ad át. A gerjesztés formája topológiailag különbözik az azonos fononoktól.

Nézze meg, hogyan alakul. Tekintsünk egy egyszerű rendszert (ezt XY-modellnek hívják) - egy közönséges négyzetrácsot, amelynek csomópontjaiban saját spinű részecskék vannak, amelyek ebben a síkban bármilyen módon orientálhatók. A hátoldalakat nyilakkal fogjuk ábrázolni; A nyíl iránya tetszőleges, de a hossza rögzített. Azt is feltételezzük, hogy a szomszédos részecskék spinjei úgy lépnek kölcsönhatásba egymással, hogy energetikailag az a legkedvezőbb konfiguráció, ha minden csomóponton minden spin ugyanabba az irányba mutat, mint egy ferromágnesnél. Ez a konfiguráció az ábrán látható. 2 bal. Forgáshullámok futhatnak végig rajta – a forgások kis hullámszerű eltérései a szigorú sorrendtől (2. ábra, jobbra). De ezek mind hétköznapi, topológiailag triviális gerjesztések.

Most nézd meg az ábrát. 3. Itt látható két szokatlan alakú zavar: egy örvény és egy antivortex. Mentálisan válasszon ki egy pontot a képen, és nézze végig a körkörös utat az óramutató járásával ellentétes irányban a középpont körül, ügyelve arra, hogy mi történik a nyilakkal. Látni fogja, hogy az örvény nyila ugyanabba az irányba, az óramutató járásával ellentétes irányba, az antiörvényé pedig ellenkező irányba, az óramutató járásával megegyezően. Most tegye ugyanezt a rendszer alapállapotában (a nyíl általában mozdulatlan) és spinhullámos állapotban (ahol a nyíl enyhén oszcillál az átlagérték körül). Elképzelhető ezeknek a képeknek deformált változatai is, mondjuk egy forgóhullám terhelésben egy örvény felé: ott a nyíl is teljes kört fog tenni, enyhén billegve.

Ezen gyakorlatok után világossá válik, hogy az összes lehetséges gerjesztés fel van osztva alapvetően különböző osztályok: csinál-e egy teljes fordulatot a nyíl a középpont megkerülésekor vagy sem, és ha igen, akkor melyik irányba. Ezeknek a helyzeteknek különböző topológiájuk van. Semmilyen sima változás nem változtatja az örvényt közönséges hullámmá: ha elfordítja a nyilakat, akkor hirtelen, az egész rácson keresztül egyszerre és egyszerre nagy szögben. Az örvény, valamint az anti-örvény, topológiailag védett: a hanghullámmal ellentétben nem tudnak egyszerűen feloldódni.

Utolsó fontos pont. Egy örvény topológiailag csak akkor különbözik az egyszerű hullámtól és az antiörvénytől, ha a nyilak szigorúan az ábra síkjában helyezkednek el. Ha megengedjük őket a harmadik dimenzióba vinni, akkor az örvény simán kiküszöbölhető. A gerjesztések topológiai osztályozása radikálisan függ a rendszer dimenziójától!

Topológiai fázisátmenetek

Ezeknek a tisztán geometriai megfontolásoknak nagyon kézzelfogható fizikai következményei vannak. Egy közönséges rezgés, ugyanazon fonon energiája tetszőlegesen kicsi lehet. Ezért ezek az oszcillációk bármilyen hőmérsékleten, bármilyen alacsony is, spontán módon keletkeznek, és befolyásolják a közeg termodinamikai tulajdonságait. Egy topológiailag védett gerjesztés, egy örvény energiája nem lehet egy bizonyos határ alatt. Ezért alacsony hőmérsékleten nem keletkeznek egyedi örvények, és ezért nem befolyásolják a rendszer termodinamikai tulajdonságait - legalábbis az 1970-es évek elejéig ezt gondolták.

Eközben az 1960-as években számos teoretikus erőfeszítése révén feltárult az a probléma, hogy az XY modellben mi történik fizikai szempontból. A szokásos háromdimenziós esetben minden egyszerű és intuitív. Alacsony hőmérsékleten a rendszer rendezettnek tűnik, mint az ábra. 2. Ha veszünk két tetszőleges rácscsomópontot, akár nagyon távoliakat is, akkor a bennük lévő spinek enyhén ugyanabba az irányba oszcillálnak. Ez viszonylagosan egy spin kristály. Magas hőmérsékleten a spinek „olvadnak”: két távoli rácshely már nem korrelál egymással. A két állapot között egyértelmű fázisátalakulási hőmérséklet van. Ha pontosan erre az értékre állítja be a hőmérsékletet, akkor a rendszer speciális kritikus állapotba kerül, amikor az összefüggések még fennállnak, de fokozatosan, hatványtörvényes módon csökken a távolsággal.

A kétdimenziós rácsban magas hőmérsékleten is van rendezetlen állapot. De alacsony hőmérsékleten minden nagyon-nagyon furcsának tűnt. Egy szigorú tétel bizonyítást nyert (lásd Mermin-Wagner tétel), hogy a kétdimenziós változatban nincs kristályos rend. A gondos számítások azt mutatták, hogy nem arról van szó, hogy egyáltalán nincs, egyszerűen egy hatványtörvény szerint csökken a távolsággal - pontosan úgy, mint egy kritikus állapotban. De ha a háromdimenziós esetben a kritikus állapot csak egy hőmérsékleten volt, akkor itt a kritikus állapot a teljes alacsony hőmérsékletű tartományt elfoglalja. Kiderül, hogy a kétdimenziós esetben néhány egyéb gerjesztés lép működésbe, amelyek a háromdimenziós változatban nem léteznek (4. ábra)!

A Nobel-bizottság kísérő anyagai számos példát írnak le a különböző kvantumrendszerekben előforduló topológiai jelenségekre, valamint az ezek megvalósítására irányuló közelmúltbeli kísérleti munkákat és a jövő kilátásait. Ez a történet Haldane 1988-as cikkéből vett idézettel zárul. Ebben, mintha kifogásokat keresne, azt mondja: „ Bár az itt bemutatott konkrét modell fizikailag valószínűleg nem valósítható meg, ennek ellenére...". 25 évvel később magazin Természet közzéteszi, amely Haldane modelljének kísérleti megvalósításáról számol be. Talán a kondenzált anyag topológiailag nem triviális jelenségei az egyik legszembetűnőbb megerősítése a kondenzált anyag fizika kimondatlan mottójának: egy megfelelő rendszerben minden önkonzisztens elméleti elképzelést megtestesítünk, bármennyire is egzotikusnak tűnik.

Az Univerzumban végbemenő folyamatok teljes megértése, felépítéséről alkotott elképzeléseink az elektromágneses sugárzás, vagyis az űr mélyéből eszközeinket elérő összes lehetséges energiájú fotonok tanulmányozása alapján alakultak ki. A fotonmegfigyeléseknek azonban megvannak a korlátai: még a legnagyobb energiájú elektromágneses hullámok sem jutnak el hozzánk a tér túl távoli területeiről.

Vannak más sugárzási formák is - neutrínóáramok és gravitációs hullámok. Olyan dolgokról tudnak mesélni, amelyeket az elektromágneses hullámokat rögzítő műszerek soha nem fognak látni. A neutrínók és a gravitációs hullámok „látásához” alapvetően új műszerekre van szükség. Három amerikai fizikus, Rainer Weiss, Kip Thorne és Barry Barrish kapta idén a fizikai Nobel-díjat gravitációs hullámdetektor megalkotásáért és létezésük kísérleti bizonyításáért.

Balról jobbra: Rainer Weiss, Barry Barrish és Kip Thorne.

A gravitációs hullámok létezését az általános relativitáselmélet írja elő, és Einstein megjósolta 1915-ben. Akkor keletkeznek, amikor nagyon nagy tömegű objektumok ütköznek egymással, és zavarokat keltenek a téridőben, és fénysebességgel térnek el minden irányba a kiindulási ponttól.

Még ha hatalmas is a hullámot generáló esemény - például két fekete lyuk ütközése -, a hullám téridőre gyakorolt ​​hatása rendkívül kicsi, ezért nehéz regisztrálni, amihez nagyon érzékeny műszerekre van szükség. Maga Einstein úgy gondolta, hogy az anyagon áthaladó gravitációs hullám olyan kevéssé hat rá, hogy nem is figyelhető meg. Valójában a hullám tényleges hatását az anyagra meglehetősen nehéz megragadni, de a közvetett hatások rögzíthetők. Pontosan ezt tették 1974-ben Joseph Taylor és Russell Hulse amerikai asztrofizikusok, akik megmérték a PSR 1913+16 kettős pulzárcsillag sugárzását, és bebizonyították, hogy pulzálási periódusának eltérését a számítotttól elvitt energiaveszteség magyarázza. gravitációs hullám. Ezért 1993-ban megkapták a fizikai Nobel-díjat.

2015. szeptember 14-én a LIGO, a Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, először észlelt közvetlenül gravitációs hullámot. Mire a hullám elérte a Földet, már nagyon gyenge volt, de már ez a gyenge jel is forradalmat jelentett a fizikában. Ennek lehetővé tételéhez húsz ország tudósainak ezreire volt szükség, akik megépítették a LIGO-t.

A tizenötödik év eredményeinek ellenőrzése több hónapig tartott, így azok csak 2016 februárjában kerültek nyilvánosságra. A fő felfedezés mellett - a gravitációs hullámok létezésének megerősítése - az eredményekben még több rejtőzködött: az átlagos tömegű (20-60 napelemes) fekete lyukak létezésének első bizonyítéka és az első bizonyíték arra, hogy egyesülhetnek. .

A gravitációs hullámnak több mint egymilliárd évbe telt, mire elérte a Földet Messze, messze, a galaxisunkon túl, két fekete lyuk ütközött egymásba, 1,3 milliárd év telt el – és erről az eseményről mesélt nekünk a LIGO.

A gravitációs hullám energiája óriási, de az amplitúdója hihetetlenül kicsi. Érezni olyan, mintha egy távoli csillag távolságát mérnénk tizedmilliméteres pontossággal. A LIGO képes erre. Weiss kidolgozta a koncepciót: még a 70-es években kiszámolta, hogy milyen földi jelenségek torzíthatják el a megfigyelések eredményeit, és hogyan lehet megszabadulni tőlük. A LIGO két obszervatóriumból áll, amelyek távolsága 3002 kilométer. Egy gravitációs hullám ezt a távolságot 7 ezredmásodperc alatt teszi meg, így két interferométer finomítja egymás leolvasását a hullám elhaladásakor.

A két LIGO obszervatórium Livingstonban (Louisiana) és Hanfordban (Washington állam) 3002 km-re található egymástól.

Mindegyik obszervatóriumnak két négy kilométeres karja van, amelyek ugyanabból a pontból erednek, egymásra merőlegesen. Belül szinte tökéletes vákuum van. Mindegyik kar elején és végén egy összetett tükörrendszer található. A bolygónkon áthaladva egy gravitációs hullám enyhén összenyomja azt a teret, ahol az egyik kar lefektetett, és kinyújtja a másodikat (hullám nélkül a karok hossza szigorúan azonos). A vállak szálkeresztjéből lézersugarat bocsátanak ki, amely kettéhasad és visszaverődik a tükrökön; Távolságukat túllépve a sugarak a szálkeresztben találkoznak. Ha ez egyszerre történik, akkor a téridő nyugodt. És ha az egyik sugár hosszabb ideig haladt át a vállon, mint a másik, az azt jelenti, hogy a gravitációs hullám meghosszabbította az útját, és lerövidítette a második sugár útját.

A LIGO obszervatórium működési diagramja.

A LIGO-t Weiss (és természetesen munkatársai) fejlesztette ki, az elméleti számításokat Kip Thorne - a világ vezető relativitáselméleti szakértője - végezte el, Barry Barish 1994-ben csatlakozott a LIGO csapatához, és egy kicsi - mindössze 40 fős - csapat lett belőle. lelkesek csoportja egy hatalmas nemzetközi együttműködésbe a LIGO/VIRGO, a résztvevők jól összehangolt munkájának köszönhetően egy alapvető kísérlet valósult meg, amelyet húsz évvel később hajtottak végre.

Folytatódik a gravitációs hullámdetektorokkal kapcsolatos munka. Az első rögzített hullámot egy második, harmadik és negyedik követte; ez utóbbit nem csak a LIGO detektorok „fogták el”, hanem a nemrégiben piacra dobott európai VIRGO is. A negyedik gravitációs hullám, az előző háromtól eltérően, nem abszolút sötétben (a fekete lyukak egyesülésének eredményeként), hanem teljes megvilágítással született - egy neutroncsillag robbanása során; Az űr- és földi teleszkópok optikai sugárforrást is észleltek azon a területen, ahonnan a gravitációs hullám származott.

Rainer Weiss, Barry Barish és Kip Thorne

A Svéd Királyi Tudományos Akadémia kihirdette a 2017-es fizikai Nobel-díj nyerteseit. A díjat Rainer Weiss (a díj fele), Barry Barish és Kip Thorne kapja, a következő szöveggel: „a LIGO detektorhoz és a gravitációs hullámok megfigyeléséhez nyújtott döntő hozzájárulásukért”. A díjak és érmek hivatalos átadása decemberben, hagyományos előadások után lesz. A nyertes kihirdetését élőben közvetítette a Nobel-bizottság honlapján.

Weisst, Thorne-t és Barisht 2016 óta tartják a fizikai Nobel-díj legvalószínűbb jelöltjei között, amikor is a LIGO és a VIRGO együttműködése két fekete lyuk egyesüléséből származó gravitációs hullámokat észlelt.

Rainer Weiss kulcsszerepet játszott a detektor, egy rendkívül alacsony zajszintű, hatalmas interferométer kifejlesztésében. A fizikus az 1970-es években kezdett ezzel kapcsolatos munkába, és a Massachusetts Institute of Technology-ban kisméretű rendszerek prototípusait hozta létre. Néhány évvel később interferométerek prototípusait hozták létre a Caltech-nél - Kip Thorne vezetésével. Később a fizikusok egyesítették erőiket.

LIGO gravitációs obszervatórium diagramja

Barry Barish az MIT és a Caltech közötti kis együttműködést egy hatalmas nemzetközi projektté, a LIGO-vá alakította. A tudós az 1990-es évek közepe óta vezette a projekt fejlesztését és a detektorok létrehozását.

A LIGO két gravitációs obszervatóriumból áll, amelyek egymástól 3000 kilométerre helyezkednek el. Mindegyik L-alakú Michelson interferométer. Két 4 kilométeres evakuált optikai karból áll. A lézersugarat két részre osztják, amelyek áthaladnak a csöveken, visszaverődnek a végükről és újra egyesülnek. Ha a kar hossza megváltozott, megváltozik a nyalábok közötti interferencia jellege, amit detektorok rögzítenek. Az obszervatóriumok közötti nagy távolság lehetővé teszi a gravitációs hullámok érkezési idejének különbségét - abból a feltételezésből, hogy az utóbbiak fénysebességgel terjednek, az érkezési idő különbsége eléri a 10 milliszekundumot.

Két LIGO detektor

A gravitációs hullámcsillagászatról és annak jövőjéről bővebben a „” anyagunkban olvashat.

2017-ben a Nobel-díjat egymillió svéd koronával emelték, ami azonnali 12,5 százalékos növekedés. Most 9 millió korona vagy 64 millió rubel.

A 2016-os fizikai Nobel-díjasok Duncan Haldane, David Thouless és Michael Kosterlitz teoretikusok voltak. Ilyen jelenségek például az egész Hall-effektus: egy anyag vékony rétege fokozatosan változtatja ellenállását a rá ható mágneses tér indukciójával. Ezenkívül az elmélet segít leírni a szupravezetést, a szuperfluiditást és a mágneses rendeződést vékony anyagrétegekben. Érdekes, hogy az elmélet alapjait Vadim Berezinszkij szovjet fizikus fektette le, de sajnos nem élte meg a kitüntetést. Erről bővebben a „” anyagunkban olvashat.

Vlagyimir Koroljov

, Nobel-békedíj és fiziológiai vagy orvosi Nobel-díj. Az első fizikai Nobel-díjat Wilhelm Conrad Roentgen német fizikus kapta, „a tudományért végzett rendkívüli szolgálatai elismeréseként, amely a későbbi tiszteletére elnevezett figyelemre méltó sugarak felfedezésében nyilvánult meg”. Ezt a díjat a Nobel Alapítvány kezeli, és széles körben a fizikusok legrangosabb díjának tartják. A díj átadására Stockholmban, december 10-én, Nobel halálának évfordulóján kerül sor.

Cél és kiválasztás

A fizikai Nobel-díjra legfeljebb három díjazott választható. Néhány más Nobel-díjhoz képest a jelölés és a fizikai díjra való kiválasztás hosszú és szigorú folyamat. Éppen ezért a díj az évek során egyre tekintélyesebbé vált, és végül a világ legfontosabb fizikai díjává vált.

A Nobel-díjasokat a Fizikai Nobel-bizottság választja ki, amely a Svéd Királyi Tudományos Akadémia által választott öt tagból áll. Az első szakaszban több ezren javasolnak jelölteket. Ezeket a neveket szakértők tanulmányozzák és megvitatják a végső kiválasztás előtt.

Körülbelül háromezer embernek küldenek ki nyomtatványokat, amelyeken felkérik őket jelöléseik benyújtására. A jelöltek nevét ötven éve nem hozzák nyilvánosságra, és a jelöltekkel sem közöljük. A jelöltek és jelölőik névsorát ötven évig lezárva őrzik. A gyakorlatban azonban néhány jelölt már korábban ismertté válik.

A pályázatokat egy bizottság bírálja el, és a mintegy kétszáz előzetes jelöltből álló listát továbbítják e területek kiválasztott szakértőinek. Körülbelül tizenöt névre vágják le a listát. A bizottság ajánlásokat tartalmazó jelentést nyújt be az érintett intézményeknek. Noha posztumusz jelölés nem megengedett, a díjat akkor lehet átvenni, ha a személy a díjbizottság döntése (általában októberben) és a decemberi ünnepség között néhány hónapon belül elhunyt. 1974-ig engedélyezték a posztumusz kitüntetések adományozását, ha a díjazott az adományozás után meghalt.

A fizikai Nobel-díj szabályai megkövetelik, hogy egy teljesítmény jelentőségét "idő próbára tegye". A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy a felfedezés és a nyeremény közötti különbség általában körülbelül 20 év, de ennél sokkal hosszabb is lehet. Például az 1983-as fizikai Nobel-díj felét S. Chandrasekharnak ítélték oda a csillagok szerkezetével és evolúciójával kapcsolatos munkájáért, amelyet 1930-ban végeztek el. Ennek a megközelítésnek az a hátránya, hogy nem minden tudós él elég sokáig ahhoz, hogy munkáját elismerjék. Néhány fontos tudományos felfedezésért ezt a díjat soha nem ítélték oda, mert a felfedezők meghaltak, mire munkájuk hatását felértékelték.

Díjak

A fizikai Nobel-díj nyertese aranyérmet, a kitüntetést feltüntető oklevelet és pénzösszeget kap. A pénzösszeg a Nobel Alapítvány tárgyévi bevételétől függ. Ha a díjat egynél több díjazottnak ítélik oda, a pénz egyenlő arányban oszlik meg közöttük; három díjazott esetén fele-két negyedre is osztható a pénz.

Érmek

Nobel-díjas érmeket vertek Myntverket Svédországban és a Norvég Pénzverde 1902 óta a Nobel Alapítvány bejegyzett védjegyei. Mindegyik érem előlapján Alfred Nobel bal oldali profiljának képe. A fizikai, kémiai, fiziológiai vagy orvostudományi Nobel-díjas érmeken, az irodalomban ugyanaz az előlap, amelyen Alfred Nobel képe, valamint születésének és halálának évei (1833-1896) láthatók. Nobel-arckép a Nobel-békedíj-érem és a Közgazdasági-díj érem előlapján is megjelenik, de némileg eltérő kivitelben. Az érem hátoldalán látható kép a kitüntető intézménytől függően változik. A kémiai és fizikai Nobel-díjas érem hátoldala ugyanilyen kialakítású.

Diplomák

A Nobel-díjasok oklevelet kapnak a svéd királytól. Minden oklevél egyedi dizájnnal rendelkezik, amelyet a kiíró intézmény dolgozott ki a címzett számára. Az oklevél tartalmaz egy képet és szöveget, amely tartalmazza a díjazott nevét, és általában egy idézetet arról, hogy miért kapta a díjat.

Prémium

A díjazottak pénzösszeget is kapnak, amikor átveszik a Nobel-díjat a díj összegét igazoló dokumentum formájában; 2009-ben a készpénzbónusz 10 millió SEK (1,4 millió USD) volt. Az összegek attól függően változhatnak, hogy a Nobel Alapítvány mennyi pénzt ítél oda idén. Ha egy kategóriában két nyertes van, a támogatás egyenlő arányban oszlik meg a kedvezményezettek között. Három kedvezményezett esetén az odaítélési bizottságnak lehetősége van a támogatást egyenlő részekre osztani, vagy az összeg felét egy-egy kedvezményezettnek ítéli oda, a másik kettőnek pedig egynegyedét.

Ceremónia

A díjazottakat jellemzően októberben hirdeti ki a bizottság és a kiválasztó bizottságként működő intézmények. A díjat ezt követően a stockholmi városházán, december 10-én, Nobel halálának évfordulóján rendezett hivatalos ünnepségen adják át. A díjazottak oklevelet, érmet, valamint a pénzdíjat igazoló okiratot kapnak.

A díjazottak

Megjegyzések

1. "Amit a Nobel-díjasok kapnak". Letöltve: 2007. november 1. Archiválva: 2007. október 30. a Wayback Machine-n
2. "A Nobel-díj kiválasztási folyamata", Encyclopædia Britannica, Hozzáférés: 2007. november 5. (Folyamatábra).
3. GYIK nobelprize.org
4. Finn Kydland és Edward Prescott hozzájárulása a dinamikus makroökonómiához: A gazdaságpolitika időbeli következetessége és az üzleti ciklusok mögött meghúzódó hajtóerők (határozatlan) (PDF). A Nobel-díj hivatalos honlapja (2004. október 11.). Letöltve: 2012. december 17. archiválva: 2012. december 28.
5. Gingras, Yves. Wallace, Matthew L. Miért lett nehezebb megjósolni a Nobel-díjasokat: A kémiai és fizikai díjra jelöltek és nyertesek bibliometriai elemzése (1901–2007) // Szcientometria. - 2009. - 2. sz. - 401. o. - DOI:10.1007/s11192-009-0035-9.
6. Nemesi díj (angol) // Nature Chemistry: Journal. - DOI:10.1038/nchem.372. - Bibcode: 2009NatCh...1...509..
7. Tom Rivers. A 2009-es Nobel-díjasok megkapják kitüntetésüket | Európa| angol (határozatlan) . .voanews.com (2009. december 10.). Letöltve: 2010. január 15. Archiválva: 2012. december 14.
8. A Nobel-díj összegei (határozatlan) . Nobelprize.org. Letöltve: 2010. január 15. Archiválva: 2006. július 3.
9. „Nobel-díj – Díjak” (2007), in Encyclopædia Britannica, Hozzáférés: 2009. január 15., innen Encyclopædia Britannica Online:
10. Medalj – ett traditionellt hantverk(Svéd). Myntverket. Letöltve: 2007. december 15. archiválva: 2007. december 18.
11. "The Nobel Prize for Peace" archiválva 2009. szeptember 16-án a Wayback Machine-n, "Linus Pauling: Awards, Honors és Medals", Linus Pauling és A kémiai kötés természete: Dokumentumtörténet, a Valley Library, Oregon State University. Letöltve: 2007. december 7.