Daftar penerima Hadiah Nobel bidang fisika. Pemenang Hadiah Nobel bidang Fisika

Hari ini, 2 Oktober 2018, upacara pengumuman pemenang Hadiah Nobel Fisika berlangsung di Stockholm. Hadiah tersebut diberikan “untuk penemuan terobosan di bidang fisika laser.” Kata-katanya menyatakan bahwa separuh hadiah diberikan kepada Arthur Ashkin untuk “penjepit optik dan penggunaannya dalam sistem biologis” dan separuh lainnya diberikan kepada Gérard Mourou dan Donna Strickland “untuk metode mereka dalam menghasilkan impuls optik ultrapendek intensitas tinggi.”

BERITA TERBARU⁰Akademi Ilmu Pengetahuan Kerajaan Swedia telah memutuskan untuk memberikan penghargaan #Penghargaan Nobel dalam Fisika 2018 “untuk penemuan inovatif di bidang fisika laser” dengan separuhnya untuk Arthur Ashkin dan separuh lainnya bersama-sama untuk Gérard Mourou dan Donna Strickland. pic.twitter.com/PK08SnUslK

2 Oktober 2018

Arthur Ashkin menemukan pinset optik yang dapat menangkap dan memindahkan atom, virus, dan sel hidup tanpa merusaknya. Hal ini dilakukan dengan memfokuskan radiasi laser dan menggunakan gaya gradien yang menarik partikel ke area dengan intensitas medan elektromagnetik yang lebih tinggi. Untuk pertama kalinya, kelompok Ashkin berhasil menangkap sel hidup dengan cara ini pada tahun 1987. Saat ini, metode ini banyak digunakan untuk mempelajari virus, bakteri, sel jaringan manusia, serta manipulasi atom individu (untuk membuat sistem berukuran nano).

Gerard Moore dan Donna Strickland pertama kali berhasil menciptakan sumber pulsa laser ultrashort berintensitas tinggi tanpa merusak lingkungan kerja laser pada tahun 1985. Sebelum penelitian mereka, amplifikasi laser pulsa pendek yang signifikan tidak mungkin dilakukan: satu pulsa melalui amplifier menyebabkan kehancuran sistem karena intensitas yang terlalu besar.

Metode pembangkitan pulsa yang dikembangkan oleh Moore dan Strickland sekarang disebut amplifikasi pulsa kicau: semakin pendek pulsa laser, semakin luas spektrumnya, dan semua komponen spektral merambat bersama. Namun, dengan menggunakan sepasang prisma (atau kisi difraksi), komponen spektral pulsa dapat ditunda relatif satu sama lain sebelum memasuki amplifier dan dengan demikian mengurangi intensitas radiasi setiap saat. Pulsa kicau ini kemudian diperkuat oleh sistem optik dan kemudian dikompresi lagi menjadi pulsa pendek menggunakan sistem optik dispersi terbalik (biasanya kisi difraksi).

Sinar laser ultra-tajam memungkinkan pemotongan atau pengeboran lubang pada berbagai bahan dengan sangat presisi – bahkan pada benda hidup. Jutaan operasi mata dilakukan setiap tahun dengan sinar laser yang paling tajam. #Penghargaan Nobel pic.twitter.com/MiYb4i8AHw

Hadiah Nobel (@NobelPrize) 2 Oktober 2018

Amplifikasi pulsa kicau telah memungkinkan terciptanya laser femtodetik yang efisien dengan kekuatan yang nyata. Mereka mampu memberikan pulsa kuat yang berlangsung selama sepersejuta detik. Atas dasar mereka, saat ini sejumlah sistem yang menjanjikan telah diciptakan baik dalam elektronik maupun instalasi laboratorium, yang penting untuk sejumlah bidang fisika. Pada saat yang sama, mereka terus-menerus menemukan bidang penerapan praktis yang baru dan seringkali tidak terduga.

Misalnya, metode koreksi penglihatan laser femtosecond (SMall Incision Lenticula Extraction) memungkinkan Anda menghilangkan sebagian kornea mata seseorang dan dengan demikian memperbaiki miopia. Meskipun pendekatan koreksi laser sendiri diusulkan pada tahun 1960-an, sebelum munculnya laser femtosecond, kekuatan dan pendeknya denyut tidak cukup untuk bekerja secara efektif dan aman dengan mata: denyut yang panjang membuat jaringan mata menjadi terlalu panas dan merusaknya, dan denyut pendek terlalu lemah untuk mendapatkan potongan mata yang diinginkan. Saat ini, jutaan orang di seluruh dunia telah menjalani operasi menggunakan laser serupa.

Selain itu, laser femtosecond, karena durasi pulsanya yang pendek, telah memungkinkan terciptanya perangkat yang memantau dan mengontrol proses ultracepat baik dalam fisika keadaan padat maupun dalam sistem optik. Hal ini sangat penting, karena sebelum memperoleh alat untuk merekam proses yang terjadi pada kecepatan seperti itu, hampir tidak mungkin untuk mempelajari perilaku sejumlah sistem, yang atas dasar itu, diasumsikan, akan mungkin untuk menciptakan elektronik yang menjanjikan. dari masa depan.

Alexei Shcherbakov, peneliti senior di Laboratorium Nanoptik dan Plasmonik di MIPT, berkomentar kepada Attic: “Penghargaan Nobel untuk Gerard Mourou atas kontribusinya terhadap pengembangan laser femtosecond sudah lama ditunggu-tunggu, sepuluh tahun atau mungkin lebih. Peran pekerjaan terkait sangatlah mendasar, dan laser jenis ini semakin banyak digunakan di seluruh dunia. Saat ini sulit untuk membuat daftar semua area di mana mereka digunakan. Benar, sulit bagi saya untuk mengatakan apa yang menyebabkan keputusan Komite Nobel untuk menggabungkan Mura dan Ashkin, yang perkembangannya tidak terkait langsung, dalam satu hadiah. Ini memang bukan keputusan yang paling jelas dari pihak panitia. Mungkin mereka memutuskan bahwa tidak mungkin memberikan hadiah hanya kepada Moore atau hanya kepada Ashkin, tetapi jika setengah dari hadiah diberikan untuk satu arah, dan separuh lainnya untuk arah lainnya, maka hal itu tampaknya cukup beralasan.”.

Hadiah Nobel Fisika, penghargaan tertinggi untuk pencapaian ilmiah dalam sains yang relevan, diberikan setiap tahun oleh Royal Swedish Academy of Sciences di Stockholm. Itu didirikan berdasarkan kehendak ahli kimia dan pengusaha Swedia Alfred Nobel. Hadiah dapat diberikan kepada maksimal tiga ilmuwan sekaligus. Hadiah uang dapat dibagikan secara merata di antara mereka atau dibagi menjadi setengah dan dua perempat. Pada tahun 2017, bonus tunai ditingkatkan seperdelapan - dari delapan menjadi sembilan juta crown (sekitar $1,12 juta).

Setiap pemenang menerima medali, diploma, dan hadiah uang. Medali dan hadiah uang tunai biasanya akan diberikan kepada para pemenang pada upacara tahunan di Stockholm pada 10 Desember, hari peringatan kematian Nobel.

Hadiah Nobel Fisika pertama dianugerahkan pada tahun 1901 kepada Wilhelm Conrad Roentgen atas penemuan dan studinya tentang sifat-sifat sinar, yang kemudian dinamai menurut namanya. Menariknya, ilmuwan tersebut menerima hadiah tersebut, namun menolak datang ke upacara penyerahan, dengan alasan bahwa dia sangat sibuk. Oleh karena itu, hadiah tersebut dikirimkan kepadanya melalui pos. Ketika pemerintah Jerman pada Perang Dunia Pertama meminta penduduknya untuk membantu negara dengan uang dan barang berharga, Roentgen memberikan seluruh tabungannya, termasuk Hadiah Nobel.

Tahun lalu, 2017, Hadiah Nobel Fisika dianugerahkan kepada Rainer Weiss, Barry Barish, dan Kip Thorne. Ketiga fisikawan ini memberikan kontribusi penting pada detektor LIGO yang mendeteksi gelombang gravitasi. Sekarang, dengan bantuan mereka, penggabungan bintang neutron dan lubang hitam yang tidak terlihat oleh teleskop dapat dilacak.

Menariknya, mulai tahun depan situasi pemberian Hadiah Nobel mungkin akan berubah secara signifikan. Komite Nobel akan merekomendasikan agar pengambil keputusan dalam memberikan penghargaan memilih kandidat berdasarkan gender, untuk menyertakan lebih banyak perempuan, dan berdasarkan etnis, untuk meningkatkan jumlah orang non-Barat). Namun, hal ini mungkin tidak akan mempengaruhi fisika - sejauh ini hanya dua pemenang hadiah ini adalah perempuan. Dan baru tahun ini, Donna Strickland menjadi yang ketiga.

Dengan kata-kata " untuk penemuan teoritis transisi fase topologi dan fase topologi materi" Di balik ungkapan yang agak kabur dan tidak dapat dipahami oleh masyarakat umum ini terdapat banyak efek yang tidak sepele dan mengejutkan bahkan bagi fisikawan itu sendiri, dalam penemuan teoretis di mana para pemenang memainkan peran kunci pada tahun 1970-an dan 1980-an. Tentu saja mereka bukan satu-satunya yang menyadari pentingnya topologi dalam fisika saat itu. Jadi, fisikawan Soviet Vadim Berezinsky, setahun sebelum Kosterlitz dan Thouless, sebenarnya mengambil langkah penting pertama menuju transisi fase topologi. Masih banyak nama lain yang bisa dicantumkan di samping nama Haldane. Namun bagaimanapun juga, ketiga pemenang tersebut tentu saja merupakan tokoh ikonik di bidang fisika ini.

Pengantar Liris tentang Fisika Benda Terkondensasi

Menjelaskan dengan kata-kata yang mudah dipahami esensi dan pentingnya pekerjaan yang dianugerahi Nobel Fisika 2016 bukanlah tugas yang mudah. Fenomena itu sendiri tidak hanya kompleks dan kuantum, tetapi juga beragam. Hadiah tersebut diberikan bukan untuk satu penemuan tertentu, namun untuk seluruh daftar karya perintis yang pada tahun 1970-1980an mendorong pengembangan arah baru dalam fisika benda terkondensasi. Dalam berita ini saya akan mencoba mencapai tujuan yang lebih sederhana: menjelaskan dengan beberapa contoh esensi apa itu transisi fase topologi, dan menyampaikan perasaan bahwa ini adalah efek fisik yang benar-benar indah dan penting. Ceritanya hanya sekitar setengah dari penghargaan, yang ditunjukkan oleh Kosterlitz dan Thouless. Karya Haldane juga sama menariknya, namun kurang visual dan membutuhkan cerita yang sangat panjang untuk dijelaskan.

Mari kita mulai dengan pengenalan singkat tentang bagian fisika yang paling fenomenal - fisika benda terkondensasi.

Materi terkondensasi, dalam bahasa sehari-hari, adalah ketika banyak partikel dari jenis yang sama berkumpul dan saling mempengaruhi dengan kuat. Hampir setiap kata di sini adalah kuncinya. Partikel-partikel itu sendiri dan hukum interaksi di antara mereka harus berjenis sama. Anda dapat mengambil beberapa atom yang berbeda, tetapi yang terpenting adalah himpunan tetap ini diulangi lagi dan lagi. Partikelnya harus banyak; selusin atau dua belum menjadi media kental. Dan terakhir, mereka harus sangat mempengaruhi satu sama lain: saling mendorong, menarik, mengganggu, mungkin saling bertukar sesuatu. Gas yang dijernihkan tidak dianggap sebagai media yang terkondensasi.

Pengungkapan utama fisika benda terkondensasi: dengan “aturan main” yang sangat sederhana, ia mengungkapkan kekayaan fenomena dan efek yang tak ada habisnya. Keanekaragaman fenomena tersebut muncul sama sekali bukan karena komposisi yang beraneka ragam - partikel-partikelnya sejenis - tetapi secara spontan, dinamis, sebagai akibatnya. efek kolektif. Faktanya, karena interaksinya kuat, tidak ada gunanya melihat pergerakan masing-masing atom atau elektron, karena hal itu langsung mempengaruhi perilaku semua tetangga terdekat, dan bahkan mungkin partikel jauh. Ketika Anda membaca sebuah buku, buku itu “berbicara” kepada Anda bukan dengan huruf-huruf yang berserakan, tetapi dengan serangkaian kata yang terhubung satu sama lain; buku itu menyampaikan suatu pemikiran kepada Anda dalam bentuk “efek kolektif” huruf-huruf. Demikian pula, materi terkondensasi “berbicara” dalam bahasa gerakan kolektif yang sinkron, dan sama sekali bukan partikel individu. Dan ternyata gerakan kolektif ini sangat beragam.

Hadiah Nobel saat ini mengakui karya para ahli teori dalam menguraikan “bahasa” lain yang dapat “diucapkan” oleh materi terkondensasi – yaitu bahasa. eksitasi topologi nontrivial(apa itu ada di bawah). Cukup banyak sistem fisik spesifik yang menjadi tempat munculnya kegembiraan tersebut telah ditemukan, dan para pemenang telah terlibat dalam banyak sistem tersebut. Namun hal yang paling penting di sini bukanlah contoh spesifiknya, melainkan fakta bahwa hal ini juga terjadi di alam.

Banyak fenomena topologi dalam benda terkondensasi pertama kali ditemukan oleh para ahli teori dan tampaknya hanya lelucon matematika yang tidak relevan dengan dunia kita. Namun kemudian para peneliti menemukan lingkungan nyata di mana fenomena ini diamati - dan lelucon matematika tersebut tiba-tiba melahirkan kelas material baru dengan sifat eksotik. Sisi eksperimental dari cabang fisika ini sekarang sedang meningkat, dan perkembangan pesat ini akan terus berlanjut di masa depan, menjanjikan kita material baru dengan properti terprogram dan perangkat berdasarkan material tersebut.

Kegembiraan topologi

Pertama, mari kita perjelas kata “topologi”. Jangan khawatir bahwa penjelasannya akan terdengar seperti matematika murni; hubungan dengan fisika akan muncul seiring berjalannya waktu.

Ada cabang matematika - geometri, ilmu angka. Jika bentuk suatu bangun dideformasi secara halus, maka dari sudut pandang geometri biasa, bangun itu sendiri juga berubah. Tetapi gambar-gambar tersebut memiliki ciri-ciri umum yang, dengan deformasi yang halus, tanpa sobek atau perekatan, tetap tidak berubah. Ini adalah karakteristik topologi dari gambar tersebut. Contoh karakteristik topologi yang paling terkenal adalah jumlah lubang pada benda tiga dimensi. Cangkir teh dan donat secara topologi setara, keduanya memiliki lubang yang tepat, dan oleh karena itu satu bentuk dapat diubah menjadi bentuk lain dengan deformasi yang halus. Mug dan gelas berbeda topologinya karena gelasnya tidak berlubang. Untuk mengkonsolidasikan materi, saya sarankan Anda membiasakan diri dengan klasifikasi topologi pakaian renang wanita yang sangat baik.

Jadi, kesimpulannya: segala sesuatu yang dapat direduksi satu sama lain melalui deformasi halus dianggap setara secara topologi. Dua figur yang tidak dapat diubah menjadi satu sama lain dengan perubahan halus apa pun dianggap berbeda secara topologi.

Kata kedua yang perlu dijelaskan adalah “kegembiraan”. Dalam fisika benda terkondensasi, eksitasi adalah setiap penyimpangan kolektif dari keadaan stasioner "mati", yaitu dari keadaan dengan energi paling rendah. Misalnya, ketika sebuah kristal dipukul, gelombang suara melewatinya - ini adalah eksitasi getaran kisi kristal. Rangsangan tidak harus dipaksakan, bisa muncul secara spontan karena suhu yang tidak nol. Getaran termal biasa dari kisi kristal, pada kenyataannya, adalah kumpulan rangsangan getaran (fonon) dengan panjang gelombang berbeda yang ditumpangkan satu sama lain. Ketika konsentrasi fonon tinggi, terjadi transisi fase dan kristal meleleh. Secara umum, segera setelah kita memahami eksitasi apa yang harus dijelaskan pada media terkondensasi tertentu, kita akan memiliki kunci termodinamika dan sifat-sifat lainnya.

Sekarang mari kita hubungkan dua kata. Gelombang suara adalah contohnya secara topologi remeh kegembiraan. Kedengarannya cerdik, namun pada hakikat fisiknya, ini berarti bahwa suara dapat dibuat setenang yang diinginkan, bahkan sampai hilang sama sekali. Suara yang keras berarti getaran atom yang kuat, suara yang pelan berarti getaran yang lemah. Amplitudo getaran dapat dengan lancar dikurangi menjadi nol (lebih tepatnya, ke batas kuantum, tetapi ini tidak penting di sini), dan itu akan tetap menjadi eksitasi suara, fonon. Perhatikan fakta matematika utama: ada operasi untuk mengubah osilasi ke nol dengan lancar - ini hanyalah penurunan amplitudo. Inilah tepatnya yang berarti bahwa fonon adalah gangguan yang secara topologi sepele.

Dan sekarang kekayaan materi terkondensasi dihidupkan. Dalam beberapa sistem ada eksitasi itu tidak dapat dengan mulus dikurangi menjadi nol. Secara fisik hal ini tidak mustahil, namun secara mendasar - bentuknya tidak memungkinkan. Tidak ada operasi mulus di mana-mana yang mentransfer sistem dengan eksitasi ke sistem dengan energi paling rendah. Eksitasi dalam bentuknya secara topologi berbeda dengan fonon yang sama.

Lihat bagaimana hasilnya. Mari kita pertimbangkan sistem sederhana (disebut model XY) - kisi persegi biasa, di titik-titik simpulnya terdapat partikel dengan putarannya sendiri, yang dapat diorientasikan dengan cara apa pun pada bidang ini. Kami akan menggambarkan bagian belakang dengan panah; Orientasi panahnya berubah-ubah, tetapi panjangnya tetap. Kita juga akan berasumsi bahwa putaran partikel-partikel yang bertetangga berinteraksi satu sama lain sedemikian rupa sehingga konfigurasi yang paling menguntungkan secara energetik adalah ketika semua putaran pada semua titik titik menunjuk ke arah yang sama, seperti pada feromagnet. Konfigurasi ini ditunjukkan pada Gambar. 2 lagi. Gelombang putaran dapat berjalan di sepanjang itu - penyimpangan putaran kecil seperti gelombang dari urutan yang ketat (Gbr. 2, kanan). Tapi ini semua adalah kegembiraan yang biasa dan sepele secara topologi.

Sekarang lihat Gambar. 3. Di sini diperlihatkan dua gangguan yang bentuknya tidak biasa: pusaran dan antivorteks. Pilih secara mental sebuah titik dalam gambar dan ikuti jalur melingkar berlawanan arah jarum jam di sekitar tengahnya, perhatikan apa yang terjadi pada panah. Anda akan melihat bahwa panah pusaran berputar ke arah yang sama, berlawanan arah jarum jam, dan panah antivortex - ke arah yang berlawanan, searah jarum jam. Sekarang lakukan hal yang sama dalam keadaan dasar sistem (panah umumnya tidak bergerak) dan dalam keadaan gelombang putaran (dimana panah sedikit berosilasi di sekitar nilai rata-rata). Anda juga dapat membayangkan versi cacat dari gambar-gambar ini, misalnya gelombang berputar yang dibebani menuju pusaran: di sana panah juga akan membuat putaran penuh, sedikit bergoyang.

Setelah latihan ini, menjadi jelas bahwa semua kemungkinan kegembiraan dibagi menjadi kelas yang berbeda secara mendasar: apakah anak panah berputar penuh ketika mengelilingi pusat atau tidak, dan jika demikian, lalu ke arah mana. Situasi ini memiliki topologi yang berbeda. Perubahan mulus sebanyak apa pun tidak dapat mengubah pusaran menjadi gelombang biasa: jika Anda memutar panah, maka secara tiba-tiba, melintasi seluruh kisi sekaligus dan pada sudut yang besar sekaligus. Pusaran, serta anti-pusaran, dilindungi secara topologi: mereka, tidak seperti gelombang suara, tidak bisa larut begitu saja.

Poin penting terakhir. Sebuah pusaran secara topologi berbeda dari gelombang sederhana dan dari antivortex hanya jika panah-panahnya terletak tepat pada bidang gambar. Jika kita diperbolehkan membawanya ke dimensi ketiga, maka pusaran tersebut dapat dihilangkan dengan lancar. Klasifikasi topologi eksitasi pada dasarnya bergantung pada dimensi sistem!

Transisi fase topologi

Pertimbangan geometris murni ini mempunyai konsekuensi fisik yang sangat nyata. Energi getaran biasa, fonon yang sama, bisa sangat kecil. Oleh karena itu, pada suhu berapa pun, betapapun rendahnya, osilasi ini muncul secara spontan dan mempengaruhi sifat termodinamika medium. Energi eksitasi yang dilindungi secara topologi, pusaran, tidak boleh berada di bawah batas tertentu. Oleh karena itu, pada suhu rendah, pusaran individu tidak muncul, dan oleh karena itu tidak mempengaruhi sifat termodinamika sistem - setidaknya, hal ini diperkirakan hingga awal tahun 1970-an.

Sementara itu, pada tahun 1960-an, melalui upaya banyak ahli teori, masalah pemahaman tentang apa yang terjadi pada model XY dari sudut pandang fisik terungkap. Dalam kasus tiga dimensi biasa, semuanya sederhana dan intuitif. Pada suhu rendah sistem terlihat teratur, seperti pada Gambar. 2. Jika Anda mengambil dua simpul kisi yang berubah-ubah, bahkan yang sangat jauh, maka putaran di dalamnya akan sedikit berosilasi ke arah yang sama. Secara relatif, ini adalah kristal berputar. Pada suhu tinggi, putaran “meleleh”: dua lokasi kisi yang jauh tidak lagi berkorelasi satu sama lain. Ada suhu transisi fase yang jelas antara kedua keadaan. Jika Anda menyetel suhu tepat pada nilai ini, maka sistem akan berada dalam keadaan kritis khusus, ketika korelasi masih ada, tetapi secara bertahap, menurut hukum pangkat, berkurang seiring dengan jarak.

Pada kisi dua dimensi pada suhu tinggi juga terdapat keadaan tidak teratur. Namun pada suhu rendah semuanya tampak sangat, sangat aneh. Teorema ketat terbukti (lihat teorema Mermin-Wagner) bahwa tidak ada tatanan kristal dalam versi dua dimensi. Perhitungan yang cermat menunjukkan bahwa bukan berarti tidak ada sama sekali, melainkan hanya berkurang seiring dengan jarak menurut hukum pangkat - persis seperti dalam keadaan kritis. Tetapi jika dalam kasus tiga dimensi keadaan kritis hanya pada satu suhu, maka di sini keadaan kritis menempati seluruh wilayah suhu rendah. Ternyata dalam kasus dua dimensi, beberapa eksitasi lain ikut berperan yang tidak ada dalam versi tiga dimensi (Gbr. 4)!

Materi pendamping Komite Nobel menjelaskan beberapa contoh fenomena topologi dalam berbagai sistem kuantum, serta karya eksperimental terkini untuk merealisasikannya dan prospeknya di masa depan. Cerita ini diakhiri dengan kutipan dari artikel Haldane tahun 1988. Di dalamnya, seolah-olah sedang membuat alasan, dia berkata: “ Meskipun model spesifik yang disajikan di sini kemungkinan besar tidak dapat direalisasikan secara fisik... ". Majalah 25 tahun kemudian Alam mempublikasikan , yang melaporkan implementasi eksperimental model Haldane. Mungkin fenomena topologi yang tidak sepele dalam materi terkondensasi adalah salah satu konfirmasi paling mencolok dari moto fisika materi terkondensasi yang tak terucapkan: dalam sistem yang sesuai kita akan mewujudkan ide teoretis apa pun yang konsisten, tidak peduli betapa eksotisnya hal itu.

Seluruh pemahaman kita tentang proses yang terjadi di Alam Semesta, gagasan tentang strukturnya, dibentuk atas dasar studi tentang radiasi elektromagnetik, dengan kata lain, foton dari semua energi yang mungkin mencapai perangkat kita dari kedalaman ruang angkasa. Namun pengamatan foton mempunyai keterbatasan: gelombang elektromagnetik dengan energi tertinggi sekalipun tidak dapat menjangkau kita dari wilayah ruang angkasa yang terlalu jauh.

Ada bentuk radiasi lain - aliran neutrino dan gelombang gravitasi. Mereka dapat memberi tahu Anda tentang hal-hal yang tidak akan pernah dilihat oleh instrumen yang merekam gelombang elektromagnetik. Untuk “melihat” neutrino dan gelombang gravitasi, diperlukan instrumen baru yang mendasar. Tiga fisikawan Amerika, Rainer Weiss, Kip Thorne dan Barry Barrish, dianugerahi Hadiah Nobel Fisika tahun ini atas penciptaan detektor gelombang gravitasi dan bukti eksperimental keberadaan mereka.

Dari kiri ke kanan: Rainer Weiss, Barry Barrish dan Kip Thorne.

Keberadaan gelombang gravitasi dijelaskan oleh teori relativitas umum dan telah diprediksi oleh Einstein pada tahun 1915. Mereka muncul ketika benda-benda yang sangat masif bertabrakan satu sama lain dan menimbulkan gangguan dalam ruang-waktu, menyimpang dengan kecepatan cahaya ke segala arah dari titik asalnya.

Bahkan jika peristiwa yang menghasilkan gelombang sangat besar - misalnya, dua lubang hitam bertabrakan - efek gelombang terhadap ruang-waktu sangat kecil, sehingga sulit untuk mencatatnya, sehingga memerlukan instrumen yang sangat sensitif. Einstein sendiri percaya bahwa gelombang gravitasi, yang melewati materi, hanya memberikan pengaruh yang sangat kecil sehingga tidak dapat diamati. Memang benar, pengaruh nyata gelombang terhadap materi cukup sulit untuk ditangkap, namun pengaruh tidak langsung dapat dicatat. Hal inilah yang dilakukan oleh ahli astrofisika Amerika Joseph Taylor dan Russell Hulse pada tahun 1974, mengukur radiasi bintang pulsar ganda PSR 1913+16 dan membuktikan bahwa penyimpangan periode denyutnya dari periode yang dihitung disebabkan oleh hilangnya energi yang terbawa oleh gelombang gravitasi. Untuk ini mereka menerima Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1993.

Pada tanggal 14 September 2015, LIGO, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, secara langsung mendeteksi gelombang gravitasi untuk pertama kalinya. Pada saat gelombang mencapai Bumi, gelombangnya sangat lemah, tetapi bahkan sinyal lemah ini berarti sebuah revolusi dalam fisika. Untuk mewujudkannya, dibutuhkan kerja keras ribuan ilmuwan dari dua puluh negara yang membangun LIGO.

Butuh waktu beberapa bulan untuk memverifikasi hasil tahun kelima belas, sehingga baru diumumkan pada Februari 2016. Selain penemuan utama - konfirmasi keberadaan gelombang gravitasi - ada beberapa lagi yang tersembunyi dalam hasil: bukti pertama keberadaan lubang hitam bermassa rata-rata (20−60 matahari) dan bukti pertama bahwa mereka dapat bergabung. .

Gelombang gravitasi membutuhkan waktu lebih dari satu miliar tahun untuk mencapai Bumi. Jauh, jauh sekali, di luar galaksi kita, dua lubang hitam saling bertabrakan, 1,3 miliar tahun telah berlalu - dan LIGO memberi tahu kita tentang peristiwa ini.

Energi gelombang gravitasi sangat besar, namun amplitudonya sangat kecil. Merasakannya seperti mengukur jarak ke bintang jauh dengan ketelitian sepersepuluh milimeter. LIGO mampu melakukan ini. Weiss mengembangkan konsepnya: pada tahun 70-an, dia menghitung fenomena terestrial apa yang dapat merusak hasil pengamatan dan bagaimana cara menghilangkannya. LIGO terdiri dari dua observatorium yang jaraknya 3002 kilometer. Gelombang gravitasi menempuh jarak ini dalam 7 milidetik, jadi dua interferometer saling menyempurnakan pembacaan saat gelombang lewat.

Kedua observatorium LIGO, di Livingston (Louisiana) dan Hanford (Negara Bagian Washington), terletak pada jarak 3002 km.

Setiap observatorium memiliki dua lengan sepanjang empat kilometer yang berasal dari titik yang sama dan tegak lurus satu sama lain. Di dalamnya mereka memiliki ruang hampa yang hampir sempurna. Di awal dan akhir setiap lengan terdapat sistem cermin yang rumit. Melewati planet kita, gelombang gravitasi sedikit memampatkan ruang di mana satu lengan diletakkan, dan meregangkan lengan kedua (tanpa gelombang, panjang lengannya sama). Sinar laser ditembakkan dari garis bidik bahu, terbelah dua dan dipantulkan di cermin; Setelah melewati jaraknya, sinar-sinar itu bertemu di garis bidik. Jika ini terjadi secara bersamaan, maka ruang-waktu menjadi tenang. Dan jika salah satu sinar membutuhkan waktu lebih lama untuk melewati bahu dibandingkan yang lain, berarti gelombang gravitasi memperpanjang jalurnya dan memperpendek jalur sinar kedua.

Diagram operasi observatorium LIGO.

LIGO dikembangkan oleh Weiss (dan, tentu saja, rekan-rekannya), Kip Thorne - pakar teori relativitas terkemuka dunia - melakukan perhitungan teoretis, Barry Barish bergabung dengan tim LIGO pada tahun 1994 dan menjadi tim kecil - hanya 40 orang - sekelompok peminat dalam kolaborasi internasional besar LIGO/VIRGO, berkat kerja yang terkoordinasi dengan baik dari para pesertanya, sebuah eksperimen mendasar menjadi mungkin, yang dilakukan dua puluh tahun kemudian.

Pekerjaan pada detektor gelombang gravitasi terus berlanjut. Gelombang pertama yang tercatat diikuti oleh gelombang kedua, ketiga dan keempat; yang terakhir “ditangkap” tidak hanya oleh detektor LIGO, tetapi juga oleh VIRGO Eropa yang baru saja diluncurkan. Gelombang gravitasi keempat, tidak seperti tiga gelombang sebelumnya, lahir bukan dalam kegelapan mutlak (sebagai akibat dari penggabungan lubang hitam), tetapi dengan penerangan penuh - selama ledakan bintang neutron; Teleskop luar angkasa dan darat juga mendeteksi sumber radiasi optik di area asal gelombang gravitasi.

Rainer Weiss, Barry Barish dan Kip Thorne

Akademi Ilmu Pengetahuan Kerajaan Swedia telah mengumumkan pemenang Hadiah Nobel Fisika 2017. Hadiah akan diberikan kepada Rainer Weiss (setengah hadiah), Barry Barish dan Kip Thorne, dengan tulisan "atas kontribusi penting mereka pada detektor LIGO dan pengamatan gelombang gravitasi." Penyerahan resmi hadiah dan medali akan berlangsung pada bulan Desember, setelah ceramah tradisional. Pengumuman pemenang disiarkan langsung di situs Komite Nobel.

Weiss, Thorne, dan Barish telah dianggap sebagai kandidat yang paling mungkin menerima Hadiah Nobel Fisika sejak tahun 2016, ketika kolaborasi LIGO dan VIRGO mendeteksi gelombang gravitasi dari penggabungan dua lubang hitam.

Rainer Weiss memainkan peran penting dalam pengembangan detektor, sebuah interferometer besar dengan tingkat kebisingan yang sangat rendah. Fisikawan tersebut memulai pekerjaan terkait pada tahun 1970-an, menciptakan prototipe sistem kecil di Institut Teknologi Massachusetts. Beberapa tahun kemudian, prototipe interferometer dibuat di Caltech - di bawah kepemimpinan Kip Thorne. Belakangan, fisikawan bergabung.

Diagram observatorium gravitasi LIGO

Barry Barish mengubah kolaborasi kecil antara MIT dan Caltech menjadi proyek internasional besar - LIGO. Ilmuwan tersebut memimpin pengembangan proyek dan pembuatan detektor sejak pertengahan 1990-an.

LIGO terdiri dari dua observatorium gravitasi yang terletak terpisah 3000 kilometer. Masing-masing adalah interferometer Michelson berbentuk L. Ini terdiri dari dua lengan optik yang dievakuasi sepanjang 4 kilometer. Sinar laser dipecah menjadi dua komponen, yang melewati pipa, dipantulkan dari ujungnya dan digabungkan kembali. Jika panjang lengan berubah, sifat interferensi antar berkas berubah, yang dicatat oleh detektor. Jarak yang jauh antara observatorium memungkinkan kita untuk melihat perbedaan waktu kedatangan gelombang gravitasi - dari asumsi bahwa gelombang gravitasi merambat dengan kecepatan cahaya, perbedaan waktu kedatangan mencapai 10 milidetik.

Dua detektor LIGO

Anda dapat membaca lebih lanjut tentang astronomi gelombang gravitasi dan masa depannya di materi kami “”.

Pada tahun 2017, Hadiah Nobel ditingkatkan sebesar satu juta kronor Swedia – peningkatan langsung sebesar 12,5 persen. Sekarang menjadi 9 juta kroon atau 64 juta rubel.

Pemenang Hadiah Nobel Fisika tahun 2016 adalah ahli teori Duncan Haldane, David Thouless dan Michael Kosterlitz. Fenomena ini mencakup, misalnya, efek Hall bilangan bulat: lapisan tipis suatu zat mengubah resistansinya secara bertahap seiring dengan meningkatnya induksi medan magnet yang diterapkan padanya. Selain itu, teori ini membantu menjelaskan superkonduktivitas, superfluiditas, dan keteraturan magnetik pada lapisan tipis material. Menariknya, landasan teori ini diletakkan oleh fisikawan Soviet Vadim Berezinsky, namun sayangnya, ia tidak sempat menyaksikan penghargaan tersebut. Anda dapat membaca lebih lanjut tentang ini di materi kami “”.

Vladimir Korolev

, Hadiah Nobel Perdamaian dan Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran. Hadiah Nobel Fisika pertama dianugerahkan kepada fisikawan Jerman Wilhelm Conrad Roentgen "sebagai pengakuan atas jasanya yang luar biasa terhadap sains, yang diungkapkan dalam penemuan sinar luar biasa yang kemudian dinamai untuk menghormatinya." Penghargaan ini dikelola oleh Yayasan Nobel dan secara luas dianggap sebagai penghargaan paling bergengsi yang dapat diterima oleh seorang fisikawan. Penghargaan ini diberikan di Stockholm pada upacara tahunan pada tanggal 10 Desember, hari peringatan kematian Nobel.

Tujuan dan seleksi

Tidak lebih dari tiga pemenang dapat dipilih untuk Hadiah Nobel Fisika. Dibandingkan dengan beberapa hadiah Nobel lainnya, nominasi dan seleksi untuk hadiah fisika merupakan proses yang panjang dan ketat. Itulah sebabnya hadiah tersebut menjadi semakin bergengsi selama bertahun-tahun dan akhirnya menjadi hadiah fisika terpenting di dunia.

Peraih Nobel dipilih oleh Komite Nobel Fisika, yang terdiri dari lima anggota yang dipilih oleh Akademi Ilmu Pengetahuan Kerajaan Swedia. Pada tahap pertama, beberapa ribu orang mengajukan calon. Nama-nama tersebut dipelajari dan dibahas oleh para ahli sebelum seleksi akhir.

Formulir dikirimkan kepada sekitar tiga ribu orang untuk mengundang mereka menyerahkan nominasi mereka. Nama-nama calon tidak diumumkan kepada publik selama lima puluh tahun, juga tidak dikomunikasikan kepada para calon. Daftar nominasi dan nominasinya disimpan rapat selama lima puluh tahun. Namun dalam praktiknya, beberapa kandidat baru diketahui lebih awal.

Lamaran ditinjau oleh sebuah komite, dan daftar sekitar dua ratus kandidat awal diteruskan ke para ahli terpilih di bidang ini. Mereka memangkas daftarnya menjadi sekitar lima belas nama. Panitia menyampaikan laporan beserta rekomendasi kepada lembaga terkait. Meskipun nominasi anumerta tidak diperbolehkan, penghargaan dapat diterima jika orang tersebut meninggal dalam beberapa bulan antara keputusan panitia penghargaan (biasanya pada bulan Oktober) dan upacara pada bulan Desember. Hingga tahun 1974, penghargaan anumerta diizinkan jika penerimanya meninggal setelah diberikan.

Aturan untuk Hadiah Nobel Fisika mengharuskan pentingnya suatu pencapaian "diuji oleh waktu". Dalam praktiknya, ini berarti jarak antara penemuan dan hadiah biasanya sekitar 20 tahun, namun bisa lebih lama lagi. Misalnya, setengah dari Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1983 dianugerahkan kepada S. Chandrasekhar atas karyanya tentang struktur dan evolusi bintang, yang dilakukan pada tahun 1930. Kerugian dari pendekatan ini adalah tidak semua ilmuwan berumur cukup panjang agar karyanya dapat diakui. Untuk beberapa penemuan ilmiah penting, hadiah ini tidak pernah diberikan karena penemunya meninggal pada saat dampak karyanya diapresiasi.

Penghargaan

Pemenang Hadiah Nobel Fisika menerima medali emas, ijazah yang menyatakan penghargaan dan sejumlah uang. Jumlah uangnya tergantung pada pendapatan Yayasan Nobel pada tahun berjalan. Jika hadiah diberikan kepada lebih dari satu pemenang, uangnya dibagi rata di antara mereka; dalam kasus tiga pemenang, uangnya juga dapat dibagi menjadi setengah dan dua perempat.

Medali

Medali Hadiah Nobel dicetak Myntverket di Swedia dan Percetakan Uang Norwegia sejak tahun 1902, adalah merek dagang terdaftar dari Yayasan Nobel. Setiap medali mempunyai gambar profil kiri Alfred Nobel di bagian depan. Medali Hadiah Nobel dalam bidang fisika, kimia, fisiologi atau kedokteran, sastra memiliki bagian depan yang sama yang menunjukkan gambar Alfred Nobel dan tahun kelahiran dan kematiannya (1833-1896). Potret Nobel juga muncul di bagian depan medali Hadiah Nobel Perdamaian dan medali Hadiah Ekonomi, namun dengan desain yang sedikit berbeda. Gambar di sisi belakang medali berbeda-beda tergantung lembaga pemberi penghargaan. Sisi sebaliknya dari medali Hadiah Nobel bidang kimia dan fisika memiliki desain yang sama.

Ijazah

Peraih Nobel menerima ijazah dari tangan Raja Swedia. Setiap ijazah memiliki desain unik yang dikembangkan oleh lembaga pemberi penghargaan kepada penerimanya. Ijazah berisi gambar dan teks yang berisi nama penerima dan biasanya kutipan tentang alasan mereka menerima penghargaan tersebut.

Premium

Pemenang juga diberikan sejumlah uang pada saat menerima Hadiah Nobel dalam bentuk dokumen yang menegaskan besaran penghargaan; pada tahun 2009 bonus tunai adalah SEK 10 juta (USD 1,4 juta). Jumlahnya dapat bervariasi tergantung pada berapa banyak uang yang dapat diberikan oleh Yayasan Nobel tahun ini. Jika ada dua pemenang dalam suatu kategori, hibah dibagi rata kepada penerima. Jika ada tiga penerima, panitia penghargaan mempunyai pilihan untuk membagi hibah menjadi bagian yang sama atau memberikan setengah jumlah kepada satu penerima dan masing-masing seperempat kepada dua penerima lainnya.

Upacara

Panitia dan lembaga yang berfungsi sebagai panitia seleksi penghargaan biasanya mengumumkan nama penerima pada bulan Oktober. Hadiah tersebut kemudian diberikan pada upacara resmi yang diadakan setiap tahun di Balai Kota Stockholm pada tanggal 10 Desember, hari peringatan kematian Nobel. Para pemenang menerima diploma, medali, dan dokumen yang mengonfirmasi hadiah uang tunai.

Pemenang

Catatan

1. "Apa yang Diterima Para Pemenang Nobel". Diakses tanggal 1 November 2007. Diarsipkan 30 Oktober 2007 di Wayback Machine
2. "Proses Seleksi Hadiah Nobel", Ensiklopedia Britannica, diakses 5 November 2007 (Diagram Alir).
3. FAQ nobelprize.org
4. Kontribusi Finn Kydland dan Edward Prescott terhadap Makroekonomi Dinamis: Konsistensi Waktu dalam Kebijakan Ekonomi dan Kekuatan Pendorong di Balik Siklus Bisnis (belum diartikan) (PDF). Situs resmi Hadiah Nobel (11 Oktober 2004). Diakses tanggal 17 Desember 2012. Diarsipkan tanggal 28 Desember 2012.
5. Gingras, Yves. Wallace, Matthew L. Mengapa semakin sulit untuk memprediksi pemenang Hadiah Nobel: Analisis bibliometrik terhadap nominasi dan pemenang hadiah kimia dan fisika (1901–2007) // Scientometrics. - 2009. - No.2. - Hal.401. - DOI:10.1007/s11192-009-0035-9.
6. Hadiah mulia (Bahasa Inggris) // Nature Chemistry: journal. - DOI:10.1038/nchem.372. - Kode Bib: 2009NatCh...1..509..
7. Sungai Tom. Peraih Nobel 2009 Menerima Penghargaannya | Eropa| Bahasa inggris (belum diartikan) . .voanews.com (10 Desember 2009). Diakses tanggal 15 Januari 2010. Diarsipkan 14 Desember 2012.
8. Jumlah Hadiah Nobel (belum diartikan) . Hadiah Nobel.org. Diakses tanggal 15 Januari 2010. Diarsipkan 3 Juli 2006.
9. "Hadiah Nobel - Hadiah" (2007), di Ensiklopedia Britannica, diakses 15 Januari 2009, dari Ensiklopedia Britannica Online:
10. Medali – ini tradisi yang baik(Orang Swedia). Myntverket. Diakses tanggal 15 Desember 2007. Diarsipkan tanggal 18 Desember 2007.
11. "Hadiah Nobel untuk Perdamaian" Diarsipkan 16 September 2009 di Wayback Machine, "Linus Pauling: Penghargaan, Kehormatan, dan Medali", Linus Pauling dan Sifat Ikatan Kimia: Sejarah Dokumenter, Perpustakaan Valley, Universitas Negeri Oregon. Diakses pada 7 Desember 2007.