Nobelova nagrada za fiziko

Nobelova nagrada za fiziko 2017

  • Rainer Weiss (ZDA)
  • Barry Barish (ZDA)
  • Kip Thorne (ZDA)

 

Letošnja Nobelova nagrada za fiziko je pričakovano pripadla trem ameriškim znanstvenikom, ki so imeli poglavitno vlogo pri odkritju gravitacijskih valov.

Weiss, Barish in Thorne so (skupaj z že pokojnim Ronaldom Dreverjem) delovali na področju odkrivanja gravitacijskih valov že od 70. let prejšnjega stoletja in veljajo za pionirje na tem področju. So tudi idejni vodje in od leta 1994 vodilni znanstveniki v detektorju LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), ki je največji detektor za gravitacijske valove in hkrati najbolj natančen merilni inštrument na svetu. Do sedaj so tam gravitacijske valove zaznali že trikrat, ameriške rezultate pa so letos potrdili tudi iz Italije, kjer deluje detektor VIRGO.

Gravitacijske valove, motnje v “tkanini” prostor-čas, so znanstveniki iskali kar sto let, vse od napovedi Alberta Einsteina. Pospešeno gibanje mase naj bi po njegovem  povzročilo valovanje prostora-časa, ki bi se po vesolju širilo s svetlobno hitrostjo. Einstein ni verjel, da bodo njegovo teorijo lahko kdaj eksperimentalno potrdili, saj je gravitacijska sila tako zelo šibka. Potrebovali bi (za Einsteinovo obdobje) nepredstavljivo natančen instrument ter objekt z ogromno maso.

Prikaz zlitja dveh črnih lukenj, ki je povzročil gravitacijske valove v prostoru-času. Valove smo na Zemlji zaznali 14. 9. 2015.

Toda septembra 2015 so znanstveniki v ZDA imeli srečo – opazovali so zlitje dveh masivnih črnih lukenj, ki sta povzročili dovolj “močne” gravitacijske valove, da so jih v interferometru LIGO lahko zaznali in tako prvič nedvoumno potrdili njihov obstoj.  S tem so v svetu fizike povzročili pravo navdušenje – mnogi so ta uspeh poimenovali kar za odkritje stoletja, dosežek, ki začenja novo dobo v astronomiji.

“To je nekaj popolnoma novega in drugačnega, nekaj, kar odpira pot v do zdaj še neznani svet.” so zapisali predstavniki Švedske kraljeve akademije v utemeljitvi nagrade.

Več o odkritju gravitacijskih valov.

Poglejte oddajo Ugriznimo znanost na RTV SLO: Gravitacijski valovi.

Viri:

 


Nobelova nagrada za fiziko 20161

  • David Thouless (VB)
  • Duncan Haldane (VB)
  • Michael Kosterlitz (VB)

 

Trije Britanski znanstveniki (Haldanova mama je bila Slovenka) so prejeli Nobelovo nagrado za svoje teoretično delo na področju stanja snovi in faznih prehodov. S pomočjo naprednih matematičnih metod so v 70. in 80. letih prejšnjega stoletja uspeli opisati nenavadne pojave, ki jih opazimo pri ”eksotičnih” snoveh, kot so superprevodniki, superfluidne tekočine in tanki magnetni filmi.

Poleg klasičnih agregatnih stanj (trdno, tekoče in plinasto) danes uvrščamo še bolj nenavadni stanji – plazmo pri ekstremno visokih in Bose-Einsteinov kondenzat pri ekstremno nizkih temperaturah. Poleg teh obstajajo še druge vrste nenavadnih stanj snovi, kot so izjemno tanki materiali ( npr. grafen, stanen). Pri teh lahko opazimo veliko nenavadnih in nepričakovanih lastnosti.

sam_4119

Magnet lebdi nad superprevodno ploščico, ohlajeno s tekočim dušikom. Poskus kažemo pri naravoslovnih krožkih.

Nekatere snovi lahko pri zelo nizkih temperaturah izgubijo električno upornost in jih imenujemo superprevodniki. Podobne pojave opazimo na zelo tanki plasti kositra pri precej višjih temperaturah. Nekatere (superfluidne) tekočine pa lahko izgubijo svojo viskoznost, če jih dovolj ohladimo.

2_Helium

Tekoči helij brez viskoznosti lahko teče navzgor po posodi in navidezno nasprotuje gravitaciji.

Nagrajenci so uspeli matematično opisati  in napovedati takšne pojave, ki so bili kasneje tudi eksperimentalno potrjeni. “Zahvaljujoč njihovemu pionirskemu delu je zdaj odprt lov na nove in eksotične agregatne faze,” so pojasnili na odboru za Nobelove nagrade. Nova agregatna stanja veliko obetajo predvsem na področju elektronike in računalništva.

Letošnja Nobelova nagrada za fiziko je sicer za mnoge presenečenje. Največje letošnje odkritje so namreč gravitacijski valovi (več), zato je večina fizikov pričakovala, da bo nagrada podeljena temu projektu. Vendar je potrditev obstoja gravitacijskih valov za kak mesec zamudila rok za nominacijo za letošnjo nagrado.

Več:

 


Nobelova nagrada za fiziko 2015Untitled-1 copy

  • Takaaki Kajita (JAP)
  • Arthur B. McDonald (KAN)

_

Letošnja dobitnika nagrade sta Japonec Takaaki Kajita in Kanadčan Arthur B. McDonald za odkritje nevtrinskih oscilacij, ki dokazujejo, da imajo nevtrini maso.

Nevtrini so sicer fizikom že dolgo znani delci. Njihov obstoj je napovedal Wolfgang Pauli že leta 1931, s čimer je pri radioaktivnih razpadih poskrbel za ohranitev energije ter gibalne količine. Kasneje se je te svoje hipoteze kar malo sramoval, saj je bil prepričan, da so nevtrini brezmasni in da jih nikoli ne bo moč eksperimentalno zaznati.

Danes vemo, da so nevtrini leptoni, torej delci, ki ne reagirajo elektromagnetno pač pa le preko šibke interakcije. Nevtrini v velikem številu nenehno nastajajo pri jedrskih reakcijah v zvezdah in so za fotoni drugi najbolj pogosti delci v vesolju. Vsako sekundo na kvadratni cm Zemlje pade kakih 1012 nevtrinov s Sonca. Njihova povprečna prosta pot v vodi znaša več milijonov km, torej zlahka prečkajo Zemljo, ne da bi interagirali z materijo in jih je zelo težko zaznati. Poznane so tri vrste nevtrinov: elektronski, mionski in tauonski.

Desetletja so fiziki v ogromnih podzemnih detektorjih nevtrinov zaznali le kakšno tretjino pričakovanih nevtrinov s Sonca. Uganko manjkajočih nevtrinov so skušali rešiti s terorijo nevtrinskih oscilacij. Če npr. elektronski nevtrino na poti s Sonca do nas spremeni obliko (v mionskega ali tauonskega), ga ”elektronski” detektor ne bi zaznal. Leta 1998 so na Japonskem in v Kanadi (pod vodstvom letošnjih nagrajencev) s pomočjo te teorije res začeli detektirati manjkajoče nevtrine.

neutrino-3mix-simple

Odkritje je vodilo v zaključek, da morajo imeti nevtrini, ki so dolgo veljali za brezmasne, nekaj mase, čeprav je ta zelo majhna (trenutne ocene so okoli 0,25 eV –  manj od milijoninke mase elektrona).

Kot je dejala Švedska kraljeva akademija znanosti, gre za zgodovinsko odkritje. Fizika sta ključno prispevala k poskusom, ki so dokazali, da se nevtrini spreminjajo, kar pomeni, da imajo maso. “Odkritje je spremenilo naše razumevanje najbolj skritega delovanja snovi in se lahko izkaže za ključno za naš pogled na vesolje,”so zapisali.

sno_1

Detektor Sudbury (KAN).

fe20120108rha-870x396

Detektor Super Kamiokande (JAP).

 

 

 

 

Več:

 


Nobelova nagrada za fiziko 2014

  • Isamu Akasaki (JAP)physics2014
  • Hiroshi Amano (JAP)
  • Shuji Nakamura (ZDA)

 

Znanstveniki so postali Nobelovi nagrajenci za fiziko, saj so izumili nov energetsko učinkovit in do okolja prijazen vir svetlobe, modre diode. Te oddajajo modro svetlobo, njihovo sevanje pa je svetlejše od običajnih diod, hkrati pa so tudi energetsko varčnejše.

“Z izumom modrih diod smo dobili dlje trajajočo in bolj učinkovito alternativo do zdaj znanim virom svetlobe,” je Švedska kraljeva akademija znanosti zapisala v obrazložitvi nagrade. “Vsaj ena četrtina svetovne porabe energije gre za osvetljevanje. S pomočjo modrih diod prispevamo k ohranitvi naravnih virov,” so še dodali.

Rdeče in zelene diode so bile na voljo že več kot 30 let, a je bilo brez modre svetlobe nemogoče ustvariti bele žarnice. To pomeni, da svetilke z vgrajenimi diodami, ki oddajajo modro svetlobo, omogočajo zelo dobro in hkrati veliko cenejšo osvetlitev in zato pomenijo velik prihranek v sicer znatni porabi energije za osvetlitev. Svetilke LED obetajo izboljšanje kakovosti življenja kar poldrugi milijardi ljudi, ki živijo na območjih brez električne napeljave. Ker te svetilke potrebujejo zelo malo energije, se namreč lahko napajajo s poceni sončno energijo.

prenos    dioda    blue-led-light

Diode so večnamenski elektronski element, ki ga v principu sestavljata dve polprevodniški plasti. Vsako plast dopiramo s svojo primesjo, ki na eni strani povzroči presežek elektronov in s tem negativnega naboja (n-plast), na drugi strani pa presežek vrzeli in pozitivnega naboja (p-plast). Na stiku se plasti delno nevtralizirata. Če na diodo pritisnemo električno napetost v primerni smeri, tok skozi diodo steče. V primeru LED se pri rekombinaciji elektronov in vrzeli sproščajo fotoni. Generacija svetlobe z diodami je zelo učinkovita, ker se praktično vsa električna energija porabi za svetlobo. Dosegajo svetilnosti 300 lm/W in 50 % učinkovito izrabo energije, medtem ko so fluorescentne sijalke štirikrat manj učinkovite, tipične žarnice z žarilno nitko pa skoraj dvajsetkrat.

Svetleče diode sevajo svetlobo na principu sevanja trdnih teles. Bistvo delovanja je v oddajanju energije elektrona, ki iz vzbujenega višjega energetskega stanja atoma preide na nižje. Elektron odda energijo v obliki elektromagnetnega sevanja z določeno frekvenco. Če je frekvenca elektromagnetnega sevanja v vidnem polju, to zaznamo kot svetlobo. Efekt je znan kot elektroluminiscenca, barva svetlobe pa ustreza energiji fotona, ki je določena z energetskim korakom samega polprevodnika.

Frekvenca svetlobe, ki jo oddaja LED-dioda, je odvisna od materiala v np-spoju. Za modro svetlobo je bil ključen galijev nitrid, ki so ga prejemniki nagrade uspeli vzgojiti v dovolj visoki čistoči in pravilni kristalni rešetki, da je bil uporaben kot diodni material. Prve delujoče modre LED-diode smo tako dobili leta 1992. Akasaki in Amano sta izumila tudi moder laser, ki nam je med drugim prinesel blu-ray pogone.

Danes so LED-diode varčnejše in vzdržljivejše (življenjska doba 100.000 ur) od ostalih virov svetlobe. Belo svetlobo lahko ustvarimo tako, da uporabljamo tri barvne LED-diode (rdečo, zeleno in modro) ali pa da s svetlobo modrih diod obsevamo fosfor, ki sveti tudi v rdečem in zelenem delu spektra. Galij-nitridne diode so danes uporabne za osvetlitev zaslonov iz tekočih kristalov, prostorov, v DVD-jih in blu-rayjih …

Več:

 


Nobelova nagrada za fiziko 2013

  • Peter Higgs (VB)
  • Francois Englert (Belgija)
  • Robert Brout (ZDA)

 

_

Tokratna Nobelova nagrada velja za prelomno in eno največjih znanstvenih odkritij zadnjih 50 let. V CERN-u v Švici so namreč lani (tudi v sodelovanju z raziskovalci z IJS) uspešno detektirali ”Higgsov bozon” in tako potrdili obstoj delca, ki v interakciji z gravitacijskim poljem daje snovi maso. S tem so potrdili matematični model, ki so ga dobitniki nagrade napovedali že leta 1964. Standardni model osnovnih delcev namreč pozna 4 osnovne sile v naravi in je predvideval tudi toliko različnih ”nosilcev” sil. Fotonom, gluonom in bozonom (W, Z) se tako pridružujejo še t.i. gravitoni – Higgsovi delci. To odkritje daje sedaj astronomom bolj zanesljivo orodje pri določanju mase vesolja ter razumevanju njegovega nastanka, razvoja in usode.

Neposrečeno ime ”božji delec” je olepšan vzdevek, ki so ga raziskovalci zaradi ogromnih težav z detekcijo (znanstvenih in finančnih) podelili Higgsovemu delcu (org. ”Goddamn particle”). Finančno nagrado v višini 1,25 milijona USD si bosta razdelila Higgs in Englert (na sliki), saj je Brout leta 2011 umrl.

Več: