Serge Haroche a David Wineland získali tohtoročnú Nobelovu cenu za fyziku vďaka tomu, že sa dokázali hrať s jednotlivými atómami a jednotlivými fotónmi, a to už sú nazaj malé hračky. Neobjavili pritom nič zásadne nové, len potvrdili dávno známe pravdy kvantovej mechaniky. Ale urobili to vskutku pozoruhodným, novátorským a virtuóznym spôsobom.
Na to, aby ste sa mohli hrať s niečím takým malým, ako sú jednotlivé atómy či fotóny, potrebujete nejaké veľmi malé nástroje. Tými nástrojmi boli v prípade spomínaných dvoch pánov zasa len atómy a fotóny. Do určitej miery sa dá povedať, že Serge Haroche sa hral s fotónmi pomocou atómov a David Wineland s atómami pomocou fotónov.
.serge Haroche
Ak sa chcete hrať s fotónmi, v prvom rade ich treba chytiť. To na prvý pohľad vyzerá ako takmer neriešiteľný problém, pretože fotóny sa pohybujú rýchlosťou svetla – no a naháňajte svetlo. Ale v skutočnosti je to celkom jednoduché. Stačí zobrať dve zrkadlá a postaviť ich oproti sebe. Svetlo sa bude odrážať od jednoho z nich k druhému, a tak ďalej – takže ho máme medzi tými dvoma zrkadlami celkom pekne chytené.
Serge Haroche so spolupracovníkmi postupoval presne týmto spôsobom, pričom používal dve sférické zrkadlá, vzdialené od seba necelé tri centimetre (nepracoval pritom s viditeľným svetlom, ale s elektromagnetickými mikrovlnami, fotóny takýchto vĺn sa však od fotónov viditeľného svetla nelíšia ničím iným, len svojou frekvenciou, respektíve vlnovou dĺžkou). Podstatné na Harochovom experimente však nebolo to, že dokázal mikrovlny takýmto spôsobom chytiť do pasce (to dokáže každá mikrovlnka), podstatné bolo, že dokázal chytiť do pasce mikrovlny s extrémne nízkymi intenzitami – mikrovlny tvorené iba niekoľkými fotónmi.
Keď už mal medzi zrkadlami jeden, dva či o čosi viac fotónov, mohol sa pustiť do naozajstnej roboty, t.j. mohol sa s nimi začať hrať. Robil to pomocou atómov, ktoré nechal po jednom prechádzať medzi zrkadlami a interagovať s fotónmi. Atómy boli pripravované v špeciálnom stave, tak, aby interakcia s fotónmi bola čo najsilnejšia, inými slovami, aby atómy dokázali čo najviac pôsobiť na fotóny a fotóny na atómy. Vďaka pôsobeniu atómov na fotóny dokázal Haroche (pomocou atómov) s fotónmi určitým spôsobom manipulovať (meniť ich stav). Vďaka pôsobeniu fotónov na atómy sa zas dokázal (prostredníctvom atómov) dozvedieť všeličo zaujímavé o fotónoch a o tom, v akom stave sa nachádzajú (robil to tak, že odmeral, v akom stave sú atómy po prelete cez oblasť z fotónmi, a z toho dokázal usúdiť, v akom stave boli fotóny). Pomocou takýchto manipulácií a následných meraní urobil Haroche sériu pôvabných experimentov, v ktorých preveril platnosť základných zákonov kvantovej mechaniky, t.j. teórie atómov a fotónov. Tieto zákony preverili už stovky ľudí pred ním, ale len málokto to dokázal urobiť na jednotlivých atómoch a fotónoch.
.david Wineland
Jedným z tých, ktorí tiež dokázali robiť experimenty s jednotlivými atómami, bol David Wineland. Podobne ako Haroche, aj on musel najprv vymyslieť pascu na jednotlivé atómy alebo ióny. To sa mu (a nielen jemu) naozaj podarilo – pascu tvorili špeciálne elektromagnetické polia – ale za to ešte Nobelovu cenu nedostal (dostali ju Wolfgang Paul a Hans Dehmelt v roku 1989). Wineland dostal cenu až za to, ako sa dokázal s polapenými iónmi hrať.
Hra spočívala v tom, že na ióny svietil laserom a pozeral sa, ako svietia ióny naspäť. A podobne ako Haroche, aj Wineland vymyslel a vykonal niekoľko krásnych, vtipných a precíznych experimentov, ktorými potvrdil platnosť základných zákonov kvantovej mechaniky. Ani v tomto prípade nešlo o objav niečoho nového a prevratného, aj tu bola cena udelená za novátorské experimentálne metódy, ktoré významným spôsobom posúvajú hranice toho, čo všetko ešte dokážeme experimentálne skúmať.
Práce tohtoročných laureátov Nobelovej ceny za fyziku sú v nejakom zmysle veľmi podobné a v inom zmysle presne opačné. Haroche používal atómy jednak na manipuláciu s jednotlivými fotónmi a jednak na meranie stavu, do ktorého sa fotóny po takýchto manipuláciách dostali. Wineland používal fotóny (v laseroch) jednak na manipuláciu stavov jednotlivých atómov a jednak na meranie stavu, do ktorého sa atómy po takýchto manipuláciách dostali. Obaja preverili základné zákony kvantovej mechaniky, v oboch prípadoch to vyžadovalo veľmi jemnú a precíznu prácu.
Ak by sme chceli porovnať fyziku so sochárstvom, potom väčšina doterajších Nobelových cien bola udelená za veľkolepé mramorové sochy. Tá tohtoročná bola udelená za filigránsku zlatnícku prácu na jemnom šperku. Ale to je v poriadku. Aj šperk je socha.
Na to, aby ste sa mohli hrať s niečím takým malým, ako sú jednotlivé atómy či fotóny, potrebujete nejaké veľmi malé nástroje. Tými nástrojmi boli v prípade spomínaných dvoch pánov zasa len atómy a fotóny. Do určitej miery sa dá povedať, že Serge Haroche sa hral s fotónmi pomocou atómov a David Wineland s atómami pomocou fotónov.
.serge Haroche
Ak sa chcete hrať s fotónmi, v prvom rade ich treba chytiť. To na prvý pohľad vyzerá ako takmer neriešiteľný problém, pretože fotóny sa pohybujú rýchlosťou svetla – no a naháňajte svetlo. Ale v skutočnosti je to celkom jednoduché. Stačí zobrať dve zrkadlá a postaviť ich oproti sebe. Svetlo sa bude odrážať od jednoho z nich k druhému, a tak ďalej – takže ho máme medzi tými dvoma zrkadlami celkom pekne chytené.
Serge Haroche so spolupracovníkmi postupoval presne týmto spôsobom, pričom používal dve sférické zrkadlá, vzdialené od seba necelé tri centimetre (nepracoval pritom s viditeľným svetlom, ale s elektromagnetickými mikrovlnami, fotóny takýchto vĺn sa však od fotónov viditeľného svetla nelíšia ničím iným, len svojou frekvenciou, respektíve vlnovou dĺžkou). Podstatné na Harochovom experimente však nebolo to, že dokázal mikrovlny takýmto spôsobom chytiť do pasce (to dokáže každá mikrovlnka), podstatné bolo, že dokázal chytiť do pasce mikrovlny s extrémne nízkymi intenzitami – mikrovlny tvorené iba niekoľkými fotónmi.
Keď už mal medzi zrkadlami jeden, dva či o čosi viac fotónov, mohol sa pustiť do naozajstnej roboty, t.j. mohol sa s nimi začať hrať. Robil to pomocou atómov, ktoré nechal po jednom prechádzať medzi zrkadlami a interagovať s fotónmi. Atómy boli pripravované v špeciálnom stave, tak, aby interakcia s fotónmi bola čo najsilnejšia, inými slovami, aby atómy dokázali čo najviac pôsobiť na fotóny a fotóny na atómy. Vďaka pôsobeniu atómov na fotóny dokázal Haroche (pomocou atómov) s fotónmi určitým spôsobom manipulovať (meniť ich stav). Vďaka pôsobeniu fotónov na atómy sa zas dokázal (prostredníctvom atómov) dozvedieť všeličo zaujímavé o fotónoch a o tom, v akom stave sa nachádzajú (robil to tak, že odmeral, v akom stave sú atómy po prelete cez oblasť z fotónmi, a z toho dokázal usúdiť, v akom stave boli fotóny). Pomocou takýchto manipulácií a následných meraní urobil Haroche sériu pôvabných experimentov, v ktorých preveril platnosť základných zákonov kvantovej mechaniky, t.j. teórie atómov a fotónov. Tieto zákony preverili už stovky ľudí pred ním, ale len málokto to dokázal urobiť na jednotlivých atómoch a fotónoch.
.david Wineland
Jedným z tých, ktorí tiež dokázali robiť experimenty s jednotlivými atómami, bol David Wineland. Podobne ako Haroche, aj on musel najprv vymyslieť pascu na jednotlivé atómy alebo ióny. To sa mu (a nielen jemu) naozaj podarilo – pascu tvorili špeciálne elektromagnetické polia – ale za to ešte Nobelovu cenu nedostal (dostali ju Wolfgang Paul a Hans Dehmelt v roku 1989). Wineland dostal cenu až za to, ako sa dokázal s polapenými iónmi hrať.
Hra spočívala v tom, že na ióny svietil laserom a pozeral sa, ako svietia ióny naspäť. A podobne ako Haroche, aj Wineland vymyslel a vykonal niekoľko krásnych, vtipných a precíznych experimentov, ktorými potvrdil platnosť základných zákonov kvantovej mechaniky. Ani v tomto prípade nešlo o objav niečoho nového a prevratného, aj tu bola cena udelená za novátorské experimentálne metódy, ktoré významným spôsobom posúvajú hranice toho, čo všetko ešte dokážeme experimentálne skúmať.
Práce tohtoročných laureátov Nobelovej ceny za fyziku sú v nejakom zmysle veľmi podobné a v inom zmysle presne opačné. Haroche používal atómy jednak na manipuláciu s jednotlivými fotónmi a jednak na meranie stavu, do ktorého sa fotóny po takýchto manipuláciách dostali. Wineland používal fotóny (v laseroch) jednak na manipuláciu stavov jednotlivých atómov a jednak na meranie stavu, do ktorého sa atómy po takýchto manipuláciách dostali. Obaja preverili základné zákony kvantovej mechaniky, v oboch prípadoch to vyžadovalo veľmi jemnú a precíznu prácu.
Ak by sme chceli porovnať fyziku so sochárstvom, potom väčšina doterajších Nobelových cien bola udelená za veľkolepé mramorové sochy. Tá tohtoročná bola udelená za filigránsku zlatnícku prácu na jemnom šperku. Ale to je v poriadku. Aj šperk je socha.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.