Нобелевские премии за 2012 год: физика

В прошлом году, освещая на сайте Deutsche Welle нобелевскую неделю, я посетовал на явную слабость серверов в Каролинском институте, где происходит присуждение премий по физиологии и медицине: они то и дело зависали, не выдерживая нагрузки массовых запросов пользователей. Зато прекрасно проявили себя тогда компьютеры Шведской королевской академии наук, где объявляют имена лауреатов-физиков.

В нынешнем году я не могу отделаться от впечатления, что медики учли мою критику, а физики почили на лаврах: в Каролинском институте все прошло теперь гладко, а вот в Королевской академии наук прямая видео-трансляция практически сорвалась: обратный отсчет времени барахлил с самого начала, а затем сайт и вовсе ушел на полчаса в офлайн, едва успев донести до сведения мировой общественности имена новоиспеченных лауреатов и мотивировку решения Нобелевского комитета.

Их имена

Но главное - имена все же были объявлены. И объявлены вовремя. Нобелевская премия по физике за 2012 год досталась французскому ученому Сержу Арошу (Serge Haroche) и его американскому коллеге Дэвиду Уайнленду (David J. Wineland). Они удостоены самой престижной в научном мире награды за свои исследования в области квантовой оптики.

В официальном пресс-релизе формулировка Нобелевского комитета гласит: "За разработку революционных экспериментальных методов, позволяющих измерять отдельные квантовые системы и управлять ими". Впрочем, объявляя решение, Стаффан Нормарк (Staffan Normark), постоянный секретарь Шведской королевской академии наук, выразился еще короче: "Нынешняя премия по физике касается взаимодействия между светом и веществом".

Коротко о лауреатах

Оба лауреата - практически ровесники. Арош на полгода моложе Уайнленда: он родился 11 сентября 1944 года в Касабланке, крупнейшем городе Марокко. Тогда эта страна была французским протекторатом. Изучал физику в Парижской высшей нормальной школе и в Парижском университете, в 1967 и 1971 годах защитил две диссертации. Научным руководителем Ароша был Клод Коэн-Таннуджи (Claude Cohen-Tannoudji), тоже нобелевский лауреат.

На протяжении своей карьеры Арош преподавал и вел научные исследования в ряде видных учебных заведений США, включая Йельский, Гарвардский и Стэнфордский университеты, а также Массачусетский технологический институт, в государственном университете Рио-де-Жанейро. Кроме того, он пять лет возглавлял физический факультет Парижской высшей нормальной школы. Сегодня 68-летний профессор Арош возглавляет кафедру квантовой физики в Коллеж де Франс в Париже и одновременно руководит группой "Электродинамика простых систем" при Национальном центре научных исследований и Парижском университете.

Уайнленд родился 24 февраля 1944 года в Милуоки, штат Висконсин. Школу закончил в Сакраменто, Калифорния. Физику изучал сначала в Калифорнийском университете в Беркли, потом в Гарвардском университете, где и защитил диссертацию в 1970 году. Его научным руководителем был Норманн Рамзей (Norman Ramsey), также нобелевский лауреат.

Некоторое время Уайнленд вел научные исследования в Вашингтонском университете в группе Ханса Георга Демельта (Hans Georg Dehmelt), еще одного нобелевского лауреата, а в 1975 году перешел на работу в Национальное бюро стандартов в Боулдере, штат Колорадо. Именно там он выполнил свои основные эксперименты. Там он трудится и сегодня, только учреждение это в 1988 году было переименовано и называется теперь Национальным институтом стандартов и технологий. Параллельно 68-летний профессор Уайнленд преподает в Колорадском университете.

Новая эра экспериментов

Новоиспеченные лауреаты хорошо знакомы друг с другом лично, поскольку встречались не раз на международных конференциях и семинарах, но вместе никогда не работали. Более того, Уайнленд экспериментирует с ионами - электрически заряженными частицами, а Арош проводит опыты с фотонами - квантами света. Однако используемые при этом методики и приемы имеют много общего, что и побудило Нобелевский комитет разделить премию поровну между обоими учеными.

В пресс-релизе указывается, что лауреаты распахнули дверь в новую эру экспериментов в области квантовой физики, продемонстрировав возможность прямого неразрушающего наблюдения отдельных квантовых систем. Дело в том, что законы классической физики, управляющие поведением макрообъектов, в мире атомов и субатомных частиц не действуют, здесь вступают в силу совершенно иные, противоречащие нашей привычной логике, законы квантовой механики. Для иллюстрации достаточно упомянуть, скажем, о принципе суперпозиции, согласно которому квантовые частицы могут одновременно находиться в двух взаимоисключающих состояниях.

Фотоны и ионы в ловушках

Но изолировать отдельную частицу вещества или света от окружающей среды крайне сложно, а удерживать ее в этом изолированном положении - еще сложнее. Тут не обойтись без специальных ловушек. Для микроволновых фотонов, с которыми работает Арош, такой ловушкой служат два вогнутых зеркала; для ионов, которые исследует Уайнленд, ловушкой являются электрические поля. И, конечно же, в обоих случаях все эксперименты проводятся в вакууме и при крайне низких температурах.

Разработанные лауреатами лабораторные методы позволяют измерять и целенаправленно изменять квантовые состояния частиц, что является первым шагом на пути к созданию сверхбыстрого компьютера нового типа на основе квантовой физики, отмечается в пресс-релизе Нобелевского комитета. Эти же методы открывают перспективу создания сверхточных часов, на два порядка превосходящих по точности самые совершенные сегодняшние цезиевые часы и способных в будущем заложить основу нового стандарта измерения времени.