Нобелевский комитет присудил премию по физике 2022 года Алену Аспе (Alain Aspect), Джону Клаузеру (John F. Clauser) и Антону Цайлингеру (Anton Zeilinger). Исследуя нарушения неравенств Белла, они экспериментировали с запутанными фотонами и проводили работы по квантовой информатике. Церемония награждения состоится 10 декабря.

Источник изображения: nobelprize.org

Исследования всех трёх учёных касаются запутанных квантовых частиц и нарушений неравенств Белла. В шестидесятые годы прошлого века ирландский физик Джон Стюарт Белл (John Stewart Bell) сформулировал неравенства, позволяющие проверить, содержит ли квантово-механическая система скрытые параметры — их невозможно измерить экспериментально, но они влияют на результаты измерений других параметров системы. Если скрытые параметры существуют, то выполняется гипотеза локального реализма, и свойства объекта существуют до их измерения, а сам объект влияет только на своё локальное окружение. Неравенства Белла поддаются экспериментальной проверке — их выполнение и невыполнение дают разные вероятности состояний.

Американец Джон Клаузер в семидесятые годы экспериментально проверил выполнение неравенств Белла и доказал, что они нарушаются, то есть в квантовой механике нет скрытых параметров. Это означает, что её вероятностная природа не является следствием неполного описания.

В начале восьмидесятых французский учёный Аллен Аспе в рамках работы над докторской диссертацией развил идеи Клаузера и смог сделать так, чтобы начальные условия, при которых испускается пара запутанных фотонов, не оказывала влияния на результаты измерений. Аспе также доказал, что неравенства Белла не выполняются.

Наконец, австриец Антон Цайлингер впервые в 1997 году показал возможность квантовой телепортации с использованием запутанных фотонов, то есть изменения поляризационного состояния одной частицы при изменении состояния другой, которая находилась на расстоянии от исходной.

Чёрные дыры — загадочные космические объекты, за пределы которых не может вырваться даже свет звёзд — в этом году принесли учёным Нобелевскую премию по физике. Двое учёных получили свою долю премии за практические наблюдения, а один — за теоретическое обоснование образования чёрных дыр.

Половину премии, которая в этом году была увеличена до 10 млн шведских крон (это примерно $1,12 млн), получил Роджер Пенроуз (Roger Penrose). Пенроуз, который в следующем году может отметить своё 90-летие, ещё в 1965 году написал работу со строгим математическим обоснованием физики образования чёрных дыр.

Он доказал, что образование чёрных дыр прямо вытекает из общей теории относительности Альберта Эйнштейна. В основе этого процесса лежит гравитационный коллапс умирающих звёзд, что создаёт в центре чёрной дыры сингулярность, где прекращают своё действие известные нам законы физики.

Вторую половину премии разделили между собой два практика — астрономы Райнхард Генцель (Reinhard Genzel) и Андреа Гэз (Andrea Ghez). Каждый из них в 90-е годы прошлого века возглавлял свою группу астрономов, которая исследовала в центре Млечного пути некий невидимый и компактный сверхмассивный объект.

Разработав уникальные методы наблюдения и анализа, группа Райнхарда Генцеля из Института внеземной физики Общества Макса Планка и группа Андреа Гэз из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе независимо друг от друга сделали вывод о наличии в центре нашей галактики сверхмассивной чёрной дыры. Все звёзды вблизи этого объекта меняли траектории своих орбит. Удалось подсчитать, что в этом месте Млечного пути в пространстве не больше, чем наша Солнечная система, сосредоточено до четырёх миллионов солнечных масс. Подсчёты и выводы обеих групп совпадали с высокой точностью.

Niklas Elmehed / Nobel Media

Отметим, в этом году из-за пандемии коронавируса награждение лауреатов Нобелевской премии проходит заочно. Традиционно это мероприятие проходило в ноябре. Кстати, можно предположить, что в следующем году Нобелевскую премию по медицине дадут за изобретение вакцины от коронавируса COVID-19 или связанные с ним важные исследования. Но это уже другая история.

«Они создали перезаряжающийся мир». Так начинается пресс-релиз, сообщающий о присуждении Нобелевской премии по химии в 2019 году. Чести награждения удостоились трое учёных: Стэнли Виттингхэм (Stanley Whittingham) из Университета Бингемтона (США), Джон Гуденаф (John Goodenough) из Университета Техаса в Остине и Акира Ёсино (Akira Yoshino), работник компании Asahi Kasei и сотрудник Университета Мейдзё. Каждый из них много лет назад в своё время сделал решающий вклад в то, что сегодня представляют собой литий-ионные аккумуляторы.

Как подчёркивают в Комитете, изобретение литий-ионного аккумулятора трудно переоценить. В комментариях к новостям об аккумуляторах на нашем сайте часто можно встретить возмущённые отзывы о недостаточной ёмкости или больших размерах литий-ионных батарей. Но если бы их не было, вокруг нас не было бы много чего, включая новомодных квадрокоптеров, самокатов и массы компактных и лёгких гаджетов с автономным питанием. Да, и смартфоны с кислотными или никель-кадмиевыми, а то и со щелочными источниками питания выглядели бы совсем по-другому.

Корни изобретения литий-ионных аккумуляторов уходят в 70-е годы прошлого века. В США бушевал нефтяной кризис и Стэнли Виттингхэм в поиске перспективных источников энергии в ходе экспериментов с суперконденсаторами открыл новый материал для катодов литиевых батарей. Этим материалом стал дисульфид титана. Выяснилось, что данный материал превосходно интеркалирует (включает) в свою молекулярную структуру ионы лития.

Процесс следующий. Анод литиево-ионной батареи включает частицы металлического лития, который при разряде окисляется и через разделительный барьер в виде катионов (положительно заряженных ионов) движется в сторону катода и там накапливается. При заряде происходит обратный восстановительный процесс. Катионы возвращаются в анод и восстанавливают литий до металлического состояния.

Предложенный в 1976 году аккумулятор вырабатывал 2 В. Ближе к 1980 году Джон Гуденаф предложил заменить сульфид металла оксидом, что, по его мнению, могло повысить мощность литий-ионных аккумуляторов. Новым материалом для катода стал оксид кобальта, а напряжение на аккумуляторе выросло до 4 В.

Третий значительный шаг в совершенствовании литий-ионных аккумуляторов сделал Акира Ёсино. Он предложил заменить материал анода, который хранит частички металлического лития, на сажу (продукты разложения углеводородов). Такой материал чрезвычайно пористый и способен включать в себя много больше лития, а это энергоёмкость и, кстати, безопасность, что попутно выяснилось. После вклада Ёсино риск взрыва и возгорания литий-ионных аккумуляторов при повреждении существенно снизился. Сегодня всё это вылилось в удобный и массовый продукт, максимально безопасный и практически незаменимый в повседневной жизни.

Следующая Нобелевская премия по экономике, которая будет вручаться в 2016 году, теоретически может достаться Сатоси Накамото (Satoshi Nakamoto), опубликовавшему в 2009 году первые спецификации и описание принципа работы Bitcoin, но за прошедшие годы свою личность так и не раскрывшему. Его кандидатуру на получение престижной награды выдвинул профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Бхаван Чаудри (Bhagwan Chowdhry), сравнив появление «Биткоина» с изобретением человечеством денег.

Инициатива учёного вызвала неоднозначную реакцию общественности, ведь Сатоси Накамото — это, скорее всего, псевдоним, причём не обязательно одного человека, и нельзя исключать, что за ним может стоять даже некая группа разработчиков. Так что даже если Нобелевская премия по экономике и будет присуждена за Bitcoin, то не ясно, кому именно её вручать. И хотя на этот вопрос Чаудри уже ответил, заявив, что был бы рад выступить от имени победителя, ещё не известно, какая судьба ждёт его номинацию, ведь он нарушил одно из правил премии, предписывающее держать в секрете имена номинантов на протяжении пятидесяти лет.

В 2015 году Нобелевская премия по физике досталась японцу Такааки Кадзите (Takaaki Kajita) и канадцу Артуру МакДональду (Arthut B. McDonald). Они отмечены за ключевой вклад в эксперименты, демонстрирующие наличие массы у частицы нейтрино, а также доказательство их перехода в разные состояния. По мнению научного сообщества, это открытие изменило представление о самых глубоких нюансах материи, а также поможет в понимании вселенной.

nobelprize.org

Эксперименты показали, что нейтрино изменяются от одного типа к другому по мере продвижения от Солнца к Земле. Уже несколько десятилетий для учёных «загадка нейтрино» казалась неразрешимой. В отличие от теоретических расчётов количества нейтрино, на практике до двух третей этих частиц «терялись» на пути к Земле. Теперь стало ясно, что нейтрино просто меняют состояние. Также исследования доказали наличие массы у нейтрино, хоть и очень малой. Ранее на протяжении длительного времени считалось, что эти частицы лишены массы.

nobelprize.org

Для физики частиц это историческое открытие. После фотонов, частиц света, нейтрино являются одними из самых распространённых частиц в космосе (по количеству). И они постоянно бомбардируют Землю. Множество нейтрино создаются в реакциях между космической радиацией и атмосферой Земли. Часть из них создаются в ядерных реакциях на Солнце. Тысячи миллиардов нейтрино пронизывают нас ежесекундно.

Напомним, в прошлом году премия по физике была вручена за изобретение эффективных синих светодиодов. А в 2013 году премия досталась учёным за теоретическое обоснование существования бозона Хиггса. Как видите, исследователи элементарных частиц являются частыми лауреатами. Их открытия могут приблизить нас к пониманию окружающего мира.

Каждый год в сентябре традиционно проходит церемония награждения лауреатов так называемой «игнобелевской» или «шнобелевской» премии (Ig Nobel Prize). Напомним, целью этого мероприятия является выявление наиболее необычных и нелепых исследований, хотя зачастую такие, с первого взгляда смешные разработки, действительно имеют смысл.

Уринальные исследования животных

В этом году премию по химии получила группа учёных из Австралии и США, которая разработала химический рецепт, позволяющий частично восстановить белки сваренного яйца. То есть из вареного яйца мы опять получаем сырое. Результат работы может показаться смешным, но полученные в ходе экспериментов наработки могут использоваться в медицине.

Превращение сваренного яйца в сырое

Приз по физике присудили исследователям из США и Тайваня, которые установили важный биологический факт, который гласит, что почти все млекопитающие весом более 3 кг опустошают свой мочевой пузырь примерно за 21 секунду (плюс-минус 13 секунд). Как отмечают учёные, это поможет им в построении адекватной уринальной модели животных.

По литературе были отмечены учёные из Бельгии, Австралии, Голландии и США за важнейшее открытие — оказывается, слово «huh?» (или его эквивалент) присутствует во всех человеческих языках. Правда, объяснить это они в научной работе не смогли.

Полиция Таиланда удостоилась экономической премии. Стать известной ей удалось за предложение повышать зарплату полицейского, если он отказался брать взятку.

Приз в области медицины разделили между собой сразу две группы исследователей. Обе команды работали над экспериментами по изучению пользы и влияния на человека поцелуев (а также другой интимной деятельности, загадочно уточняется на сайте шнобелевской премии).

Премию по садомазохизму физиологии и энтомологии получили исследователи, которые изучали уровень боли при укусах насекомыми в разных частях тела. Интересно, что авторы на собственной шкуре испытывали укусы пчёл. Майкл Смит (Michael Smith) подвергался повторным укусам пчел в двадцати пяти разных участках на своём теле.

О других интересных открытиях можете почитать на официальном сайте Ig Nobel Prize.

Нобелевская премия в представлении не нуждается, поскольку это одна из самых престижных наград за научные достижения в мире. Возможно, даже самая престижная. Изначально она включала в себя всего пять номинаций, одной из которых была физика. Эту номинацию, пожалуй, следует назвать самой суровой — настолько строг и тщателен отбор кандидатов. Но строгого деления на «практические» и «теоретические» достижения в нобелевской премии по физике нет: если премия 2013 года была присуждена за теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение существования бозона Хиггса, то в 2014 году лауреатами стали изобретатели высокоэффективных синих светодиодов.

От масляной лампы к светодиоду

Премия была вручена трём японским учёным: Исаму Акасаки (Isamu Akasaki), Хироси Амано (Hiroshi Amano) и Сюдзи Накамура (Shuji Nakamura). На первый взгляд, скромное достижение, особенно на фоне столь нашумевшего бозона Хиггса. Но не стоит делать скороспелых выводов: явление свечения полупроводников было впервые зафиксировано ещё в начале 20 века, но потребовалось практически 100 лет, чтобы довести данную технологию до совершенства. Более того, именно работы вышеупомянутой троицы позволили воплотить в жизнь идею о высокоэффективном полупроводниковом источнике освещения, ведь мощные белые светодиоды в своей основе несут кристаллы, излучающие именно в синем (реже ультрафиолетовом) диапазоне, а белый цвет свечения достигается за счёт использования специальных люминофоров.

Пример современной диодной сборки: 100 ватт, 9000 люмен, 7 долларов США

Если до какого-либо практического использования бозона Хиггса ещё далеко, и неизвестно, каким оно может быть, то плодами трудов лауреатов 2014 года уже пользуется всё человечество, и технология продолжает совершенствоваться. Уже достигнута эффективность порядка 300 люмен на ватт, что в три раза превышает лучший показатель 2005 года, и, вероятно, это ещё не предел. Да и области применения мощных белых светодиодов будут только множиться, поскольку на сегодняшний день это самый эффективный и экономичный источник освещения с хорошим индексом цветопередачи. Как отметил Нобелевский комитет, «свет этого изобретения заметен в каждом окне Стокгольма». И не за горами то время, когда он придёт во все города нашей планеты.

Мартин Карплус (Martin Karplus), Майкл Левит (Michael Levitt) и Ариэ Варшель (Arieh Warshel) получили Нобелевскую премию по химии за разработку многоуровневых компьютерных моделей, используемых для предсказания и понимания сложных химических процессов. Три химика разделят денежную награду, которая составляет порядка $1,2 млн и будет вручена им на официальной церемонии в декабре.

Господин Карплус, которому сейчас 83 года, родился в Австрии и является заслуженным профессор Гарвардского и Страсбургского университетов. Он вместе с Майклом Левитом и Ариэ Варшелем приступил к своей работе в 1970-х, заложив основы модели, позволяющей одновременно симулировать процессы классической ньютоновской и квантовой физики. Работа оказалась весьма прогрессивной, предвосхитив эру, когда химические процессы моделируются не при помощи пластиковых шаров и палочек, а с применением мощных компьютерных симуляций.

«Если вкратце, мы разработали способ, требовавший наличие компьютера для того, чтобы проанализировать структуру протеина и понять в конечном итоге, какими именно свойствами он обладает, и что это за свойства, — отметил господин Варшель. — Если есть фермент, который способствует перевариванию пищи... необходимо понять, как это происходит — это знание можно использовать для создания лекарств или, в моём случае, для удовлетворения любопытства».

Учёные разработали способ, позволяющий исследователям отображать прежде невидимые человеческому глазу процессы, происходящие на атомном уровне, предоставив новый и более совершенный взгляд на динамику реакций, протекающих всего за доли миллисекунд (с подробным описанием их работы можно ознакомиться по ссылке Нобелевского комитета).

Два европейских учёных получили Нобелевскую премию 2013 года по физике за теоретическое обоснование существования бозона Хиггса, объясняющего появление массы элементарных частиц. 84-летний Питер Хиггс (Peter Higgs), бывший профессор теоретической физики Университета Эдинбурга, и 80-летный Франсуа Энглер (Francois Englert), бывший профессор Свободного университета Брюсселя, поделят премию в размере $1,25 млн.

Бозон Хиггса был предсказан Стандартной моделью — теорией, которая являлась основной в физике в последние 50 лет. Она описывает частицы, формирующие атомы, молекулы и материю, которая нас окружает, а также силы, действующие на них. Теория, впрочем, не объясняла, как частицы обретают массу, и в 1964 году шестеро учёных, среди которых и физик Питер Хиггс, предложили объяснение процесса, которое получило имя «механизм Хиггса». Если бы не было массы, все частицы двигались бы со световой скоростью и не могли бы формировать материю в том виде, который нам известен. Механизм Хиггса подразумевает наличие некоего поля, пронизывающего Вселенную и позволяющего двигающимся элементам (за исключением фотонов) обрести массу при взаимодействии с бозонами Хиггса (видимыми проявлениями этого поля). Проходя через поле, частицы набирают вес.

Франсуа Энглер с бельгийским коллегой Робертом Браутом (Robert Brout) почти одновременно опубликовали в Physical Review Letters статью с описанием некоего заполняющего пространство поля, при взаимодействии с которым частицы обретают массу. Эта теория была аналогична работе команды Питера Хиггса — поэтому нобелевский комитет решил разделить премию между господами Энглером и Хиггсом. Роберт Браут, скончавшийся два года назад, не может получить премию, так как согласно правилам она может быть вручена только живым получателям.

В июле 2012 года физики из Европейской организации ядерных исследований (CERN) на особом собрании сообщили об открытии новой субатомной частицы, которая весьма схожа по свойствам с описанным ранее только теоретически бозоном Хиггса. В этом году в ходе дополнительных исследований физики подтвердили выводы 2012 года.

В период с 8 по 15 октября Нобелевский комитет вручает престижные награды за особые достижения в области, медицины, химии, физики, литературы, экономических наук, а также премию мира. Вчера уже стали известны лауреаты премии в области медицины. А сегодня мы узнали имена победителей в категории «Физика». Ими стали француз Серж Харош (Serge Haroche) и американец Дэвид Джей Вайнлэнд (David J. Wineland).

Лауреаты получили премию за выдающиеся экспериментальные методы, позволяющие проводить измерения и управлять индивидуальными квантовыми системами, не разрушая их. Основным полем научной деятельности изобретателей является квантовая оптика, которая изучает взаимодействия между светом и материей. Достижения Хароша и Вайнлэнда могут использоваться в различных областях, включая квантовые компьютеры. Также результаты их работ используются для создания сверхточных часов, которые в будущем могут стать основной нового стандарта времени.

Интересно отметить несколько исторических фактов напоследок. В период с 1901 по 2011 год всего было вручено 192 Нобелевские премии по физике. За всё время из женщин только двое удостоились такой высокой награды (Мария Кюри в 1903 году и Мария Мейер в 1963 году). Средний возраст лауреатов составляет 54 года. При этом самым молодым лауреатом (и не только по физике, но и в целом по всем категориям) является Лоренс Брэгг (Lawrence Bragg), который в 1915 году в возрасте двадцати пяти лет был номинирован вместе со своим отцом.

Материалы по теме:

• Шнобелевская премия-2012: самые смешные и нелепые открытия;
• Нобелевская премия по физике присуждена за открытие ускоренного расширения Вселенной;
• Нобелевская премия досталась создателям CCD-сенсора и оптоволокна.

Источник:

• nobelprize.org

По уже сложившейся традиции, ежегодно в сентябре в Гарвардском университете вручают так называемую Шнобелевскую (Игнобелевскую) премию (Ig Nobel Prize), присуждаемую за самые необычные и нелепые научные открытия. В этом году состоялась уже двадцать вторая по счету пародийная церемония. Главной темой мероприятия стала Вселенная, а перед награждением лауреатов зрителям была предложена мини-опера в четырёх действиях «Умный дизайнер и Вселенная». Для желающих предлагается двухчасовая видеозапись церемонии.

В области химии премия присуждена Джохану Петтерссону (Jhan Pettersson) за целое исследование, объясняющее, почему у жителей шведского города Андерслов позеленели волосы. Напомним, в конце 2011 года владельцы некоторых новостроек обнаружили изменение цвета волос после принятия ванны и связали это с некачественной водой. Но причина крылась в водопроводных трубах, которые не имели специального покрытия. Горячая вода приводила к отслаиванию меди с труб, которая и окрашивала волосы. Решение же проблемы Петтерссон предложил весьма неожиданное – порекомендовал жителям просто перестать принимать горячий душ.

Французы Эммануэль Бен-Суссан (Emmanuel Ben-Soussan) и Мишель Антоньетти (Michel Antonietti) за совет врачам-эндоскопистам, как предотвратить взрыв пациента при проведении колоноскопии, получили «шнобелевку» в области медицины. Их работа «Colonic Gas Explosion During Therapeutic Colonoscopy with Electrocautery» была опубликована ещё в 2007 году в журнале World Journal of Gastroenterology.

Оказывается, шимпанзе умеют идентифицировать друг друга по фотографиям задних конечностей. Это важнейшее открытие принадлежит голландцу Франсу де Ваалю (Francs de Waal) и американцу Дженниферу Покорны (Jennifer Pokorny). Им присуждена премия в области анатомии. Соответствующая научная работа «Faces and Behinds: Chimpanzee Sex Perception» опубликована в журнале Advanced Science Letters в 2008 году.

Одно из самых ценных с практической точки зрения открытий принадлежит соотечественнику Руслану Кречетникову и американцу Гансу Майеру (Hans Mayer). Ученые получили премию в области динамики жидкостей за фундаментальное изучение динамики плескания кофе в кружке, которую несёт человек. Ответ на вопрос, почему же он разливается, содержится в публикации «Walking with Coffee: Why Does It Spill?» журнала Physical Review (2012).

На фоне рассмотренных выше открытий уже не удивляет исследование физиков американца Джозефа Келлера (Joseph Keller) и британца Раймонда Голдштейна (Raymond Goldstein). Они подсчитали равновесие сил, которые влияют на форму и движение волосинок в хвосте, в работе «Shape of a Ponytail and the Statistical Physics of Hair Fiber Bundles» (198 выпуск журнала Physical Review Letters, 2012). За это им присудили премию в области физики.

Группа американских ученых под руководством Крейга Беннетта (Craig Bennett) установила, что с использованием сложнейших инструментов и простых статистических методов исследователи могут зафиксировать мозговую деятельность даже у… мёртвого лосося. Премия в области нейронауки досталась им.

И, наконец, премия мира! А досталась она русскому изобретателю Игорю Петрову за разработку метода получения ультрадисперсных алмазосодержащих порошков с помощью детонационного синтеза (путем подрыва взрывчатых веществ). Только не пробуйте повторить это дома.

Интересно , что, несмотря на шутки про британских ученых, больше всего среди лауреатов "шнобелевки" именно американцев. Также стоит отметить, что не все из «шнобелевских» открытий лишены смысла и столь абсурдны, как может показаться на первый взгляд.

Материалы по теме:

• Нобелевская премия по физике присуждена за открытие ускоренного расширения Вселенной;
• Научный дайджест №8: про киборгов, замену графену и самозарядные боты;
• Нобелевская премия досталась создателям CCD-сенсора и оптоволокна.

Источник:

• Improbable.com

Нобелевская неделя в самом разгаре, и сегодня стали известны лауреаты премии в области физики. Высокого звания лауреатов Нобелевской премии 2011 года удостоились трое ученых: Сол Перлмуттер (Saul Perlmutter) из Университета Калифорнии в Беркли, Адам Рисс (Adam G. Riess) из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе и Брайан Шмидт (Brian P. Schmidt) из Австралийского национального университета за «открытие ускорения расширения Вселенной путем наблюдения удаленных сверхновых».

Научные изыскания по данному вопросу завершились успехом исследователей в 1998 году. Открытие стало возможным благодаря изучению сверхновых типа Ia. Сверхновые такого типа возникают в двойных системах, где белый карлик крадет у звезды-компаньона материю, а когда масса карлика достигает значения в 1,4 массы Солнца (предел Чандрасекара), он взрывается.

Согласно теории, удаленные от нас сверхновые должны быть яркими, однако по результатам наблюдений оказалось, что они, как минимум, на 25% тусклее, чем предсказано. То есть звезды расположены значительно дальше, чем должны были быть. Проведя дополнительные наблюдения, исследователи рассчитали параметры расширения Вселенной и установили, что процесс происходит с ускорением.

По решению Нобелевского комитета Сол Перлмуттер получит половину премии (500 тыс. евро), а вторую половину поделят Шмидт и Рисс. Четыре года назад ученые за это открытие получили самую престижную награду в области космологии – премию Грубера.

Напомним, что прошлогодняя премия по физике досталась Андрею Гейму и Константину Новоселову за открытие и графена и исследование его свойств.

Материалы по теме:

• Рядом с Землей астероидов вдвое меньше, чем считалось ранее
• Китай запустил в космос первый модуль будущей орбитальной станции
• Орбитальные испытания телескопа «Спектр-Р» подтверждают высокую чувствительность приборов
• Чилийская обсерватория ESO запечатлела редчайшую звезду колоссальных размеров
• Треть солнцеподобных звезд может иметь планеты в обитаемой зоне

Источник:

• nobelprize.org