Ученые объяснили Нобелевскую премию по физике на примере мяча и машины

Получившие Нобелевскую премию по физике ученые Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис сумели доказать, что квантовое туннелирование – преодоление энергетического барьера без достаточной энергии – возможно не только в микромире, но и с макроскопическими объектами, что раньше было лишь теорией, рассказали опрошенные РБК эксперты. 

Обычно квантовые эффекты ассоциируются с частицами микромира — электронами, нейтронами, протонами, то есть объектами, обладающими крайне малой массой и размерами, рассказал РБК физик-ядерщик Алексей Анпилогов.

«Однако представьте систему, состоящую уже не из одной частицы, а из десятков, сотен, тысяч или даже миллионов атомов. Такая система, хоть и кажется «маленькой» по человеческим меркам, в квантовом смысле является поистине гигантской. Синхронизировать поведение всех её составляющих чрезвычайно трудно — ведь каждая частица имеет собственные энергетические параметры», – рассказывает он.

Представить, что, например, планета, человек или даже комар могут находиться в квантовом состоянии, невозможно: их частицы рассинхронизированы и это можно сравнить с оркестром, где каждый инструмент играет свою партию без дирижёра — вместо гармонии получается какофония, продолжает Анпилогов.

Лауреаты Нобелевской премии смогли решить эту проблему: им удалось создать макроскопическую систему — электрический контур, помещающийся на ладони, — и продемонстрировать в ней квантовый туннельный эффект.

В центре исследований был Джозефсоновский контакт — два сверхпроводника, разделенные тонким слоем диэлектрика (изолятора), сообщил РБК директор Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ Василий Столяров. Ученые показали, что электрический ток может «протуннелировать» через изолирующий барьер, хотя классическая физика это запрещает, добавляет он.

«Это как если бы мяч самопроизвольно прокатился сквозь гору, а не перекатился через нее», – поясняет Столяров.

Схожий пример приводит Анпилогов: «как если бы автомобиль оказался по другую сторону горы, не поднимаясь на вершину». В классической механике такое невозможно, но в квантовом мире — вполне реально, добавляет он.

Анпилогов говорит, что значение проведенного научного эксперимента огромно, поскольку теперь квантовые эффекты, которые уже применяются в микроэлектронике, можно будет масштабировать до гораздо более крупных и мощных устройств. Можно представить, что в будущем появятся, например, квантовые коробки передач для электромобилей или квантовые переключатели на линиях электропередач, соединяющих электростанции с потребителями по сверхпроводящим кабелям, добавляет он.

«Это прорыв, открывающий путь к технологиям завтрашнего дня — и, возможно, уже послезавтра мы увидим их в повседневной жизни», – заключает Анпилогов. 

Читайте РБК в Telegram.