תגלית פורצת דרך: המדענים שהוכיחו את הבלתי אפשרי - וזכו בפרס נובל לפיזיקה

הוועדה המלכותית השבדית למדעים בשטוקהולם הכריזה כי פרס נובל היוקרתי בפיזיקה לשנת 2025 יוענק לשלושה חוקרים אמריקאים בולטים על תגליתם שהוכיחה לראשונה את קיומם של תופעות מכניקת הקוונטים במעגל חשמלי רגיל

ד"ר איתי גל צילום: מעריב אונליין
הזוכים בפרס נובל לפיזיקה
הזוכים בפרס נובל לפיזיקה | צילום: מכון קרולינסקה
2
גלריה

המכניקה הקוונטית על כף היד: במשך עשרות שנים ניסו פיזיקאים ברחבי העולם להבין עד כמה ניתן "להגדיל" את תופעות הקוונטים, שמתרחשות בדרך כלל רק בקני מידה תת־אטומיים. פרופ’ קלארק, דבורט ומרטיניס הצליחו להוכיח באמצעים ניסיוניים כי גם מערכת גדולה יחסית, בגודל של שבב אלקטרוני שניתן להחזיק בכף היד, יכולה לנהוג על פי אותם עקרונות מוזרים ומרתקים של תורת הקוונטים.

הניסוי ההיסטורי שביצעו בשנת 1984, ואשר נמשך גם בשנים שלאחר מכן, כלל מעגל חשמלי זעיר שבנוי מחומר מוליך־על – חומר שמעביר זרם חשמלי ללא התנגדות – ובמרכזו שכבה דקה של חומר מבודד. המערכת הזו, הידועה בשם "צומת ג’וזפסון", הפכה לבסיס לתופעה שנראתה עד אז בלתי אפשרית: האלקטרונים נעים דרכה כאילו היו ישות אחת ענקית, בעלת התנהגות קוונטית מובהקת.

במעגל זה נצפתה תופעת "מנהור קוונטי", שבה מערכת שלמה מצליחה לעבור דרך מחסום אנרגטי כאילו איננו קיים, תופעה שנחשבה בעבר מוגבלת לעולם החלקיקים הקטנים בלבד. כאשר החוקרים הפעילו זרם חשמלי דרך המעגל, הם גילו שהמערכת מסוגלת לעבור ממצב שבו הזרם זורם ללא מתח למצב אחר שבו נוצר מתח חשמלי – בדיוק כפי שחוזה תורת הקוונטים. שינוי זה, הנקלט בניסוי, שימש הוכחה לכך שגם מערכת גדולה יחסית יכולה לגלות "התנהגות קוונטית טהורה".

יתרה מזאת, החוקרים הצליחו למדוד ולשלוט ברמות האנרגיה של המערכת, וגילו שהן אינן רציפות אלא מופיעות במנות מדודות בלבד, כלומר המערכת יכולה לקלוט או לפלוט רק כמויות מסוימות של אנרגיה. זהו מאפיין מובהק של עולמות הקוונטים, שבו כל תהליך אנרגטי מתרחש בקפיצות קטנות ומדויקות ולא ברצף חלק.

רגע לפני ההכרזה. ועדת הפרס בוחרת את הזוכים
רגע לפני ההכרזה. ועדת הפרס בוחרת את הזוכים | צילום: מכון קרולינסקה

ואכן, לתגלית הזו יש משמעויות עצומות לעתיד הטכנולוגי של האנושות. כפי שציינו חברי הוועדה, העקרונות שהוכחו בניסוי של קלארק, דבורט ומרטיניס מאפשרים את הפיתוח של הדור הבא של טכנולוגיות קוונטיות: מחשבים קוונטיים, הצפנה קוונטית וחיישנים רגישים במיוחד, שיכולים לשנות את פני עולם המידע והתקשורת.

פרופ’ ג’ון קלארק, יליד קיימברידג’ שבאנגליה בשנת 1942, הוא פרופסור באוניברסיטת קליפורניה בברקלי ומבכירי החוקרים בעולם בתחום המוליכי־על. פרופ’ מישל דבורט, יליד 1953 בפריז, מכהן באוניברסיטת ייל ובאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה ונחשב לחלוץ המחקר בנושאי מעגלים קוונטיים. פרופ’ ג’ון מרטיניס, יליד 1958, הוא אחד המובילים העולמיים בתחום המחשוב הקוונטי ומי שפיתח לימים את אחד המחשבים הקוונטיים הראשונים בגוגל.

ההכרזה השנה התקבלה בהתרגשות רבה בקהילת הפיזיקאים, שכן היא סוגרת מעגל של ארבעה עשורים שבהם התחום עבר מתיאוריה עתיקה לניסויים מעשיים בעלי השלכות אדירות על חיי היומיום. המעגל החשמלי שבנו שלושת החוקרים הראה כי גם מערכות גדולות, הכוללות מיליארדי חלקיקים, מסוגלות לנהוג על פי חוקי הקוונטים.

בכך, אומרים מומחים, יצרו החוקרים גשר בין שני עולמות: העולם המאקרוסקופי שאנו חיים בו, והעולם הקוונטי הזעיר והבלתי נתפס. "היכולת לראות תופעה קוונטית בעין אנושית כמעט", אמר אחד מחברי ועדת נובל, "פותחת דלת אל עידן שבו מחשבים, חיישנים ותקשורת יעבדו על פי אותם עקרונות מסתוריים שנראו בעבר שייכים רק לחלקיקים תת־אטומיים".

טקס הענקת הפרס ייערך כרגיל בשטוקהולם, ביום השנה למותו של אלפרד נובל, ב־10 בדצמבר, במעמד מלך שבדיה. הזוכים יקבלו את מדליית הזהב, תעודת הפרס, ואת הפרס הכספי המכובד בסך 11 מיליון קרונות, אותם יחלקו ביניהם שווה בשווה. בדברי הסיכום כתבה הוועדה המלכותית למדעים: "הניסויים של השנה הראו בבירור שפיזיקה קוונטית איננה רק עניין תיאורטי, אלא מציאות מוחשית שניתן להחזיק בכף היד".

תגיות:
פרס נובל לשלום
/
פרס נובל
/
פרס נובל לפיזיקה
/
דונלד טראמפ
/
פיזיקה
פיקוד העורף לוגוהתרעות פיקוד העורף