Fysikpriset 2025 – Kvantegenskaper på mänsklig skala 

Fysikpriset 2025 handlar om kvantmekanik. Pristagarna belönas för experiment som påvisar kvantmekaniska effekter i elektriska kretsar.  

Kvantmekanik – en förunderlig värld 

Kvantmekaniken beskriver hur en elektron kan befinna sig på olika nivåer kring en atomkärna.

Kvantmekaniken är en teori som utvecklades för omkring 100 år sedan och innebar ett helt nytt sätt att beskriva världen.

Kvantmekaniken gäller framför allt sådant som är väldigt litet. Vi rör oss på atomernas och partiklarnas storleksnivå. Om kvantmekaniken gällde i vardagligt mänsklig skala skulle vi möta en absurd värld. Men kvantmekaniken styr ändå saker i vår omvärld. Till exempel bygger all elektronik vi dagligen använder på kvantmekaniska effekter bland atomer och elektroner. Och pristagarnas upptäckter visar att kvantmekaniska effekter ibland kan uppträda även i vår skala av verkligheten, till exempel i ett chip som vi kan hålla i handen.  

En av kvantmekanikens principer är att allt sker i steg. Till exempel hoppar elektronerna i en atom mellan bestämda energinivåer och ljus sänds ut i paket med vissa energier.

Kvantmekaniken säger också att det är slumpen och sannolikheter som bestämmer vad som händer. Till exempel är det slumpmässigt när en radioaktiv atom ska sönderfalla, men om vi har många atomer så kan vi ganska precis säga hur lång tid det tar innan hälften har sönderfallit. 

Tunnling 

I vår vanliga verklighet studsar en boll som du kastar mot en vägg alltid tillbaka. Om kvantmekaniken skulle gälla på vår vardagliga nivå så skulle bollen ibland gå rätt igenom väggen. 

Ser du något konstigt med denna bild av en strömbrytare? Just det, spakarna borde inte gå att röra. Men pristagarnas experiment visar, bildligt talat, att spaken plötsligt kan hamna i motsatt läge. 

En av kvantmekanikens effekter är tunnling. Det innebär att barriärer som egentligen inte borde kunna överskridas ibland ändå kan passeras. Till exempel kan en del av en atomkärna brytas loss från resten av atomkärnan trots att krafterna som håller ihop atomkärnan egentligen borde vara för starka.

Pristagarna ville visa att tunnling inte bara kan hända bland enskilda atomer och elektroner, utan även i den skala vi uppfattar verkligheten, till exempel i en elektrisk krets.  

Supraledning och tunnling 

1. I en vanlig ledare knuffas elektroner med varandra och med atomer. Detta orsakar motstånd. 
2. I ett supraledande tillstånd bildar elektronerna par och ström kan flyta utan motstånd. Men ett isolerande gap kan hejda strömmen.
3. En stor mängd par av elektroner kan ibland bete sig som en enda partikel. Detta gör att en ström kan tunnla över det isolerande gapet.

I pristagarnas experiment kommer ett annat fenomen in – supraledning.  Supraledning innebär att ström flyter helt utan motstånd. Detta händer bara vid mycket låga temperaturer, nära den absoluta nollpunkten vid cirka 273 minusgrader.

I sina experiment kunde pristagarna visa att tunnling kan ske i en elektrisk krets med två supraledare som skiljs åt av ett isolerande gap.

Det nya i deras upptäckter är att kvantmekaniska effekter visade sig i vår vardagliga skala: i en elektrisk krets som vi kan se med blotta ögat och hålla i handen. 

2025 års Nobelpristagare i fysik 

De tre fysikpristagarna gjorde experimenten som ledde till årets fysikpris tillsammans. De gjorde dem för ungefär 40 år sedan. John Clarke föddes i Storbritannien, men forskade på 1980-talet vid Berkeley-universitetet i Kalifornien. Till hans forskargrupp anslöt sig fransmannen Michel Devoret som nyligen hade gjort sin forskarutbildning i Paris. I gruppen ingick även amerikanen John Martinis som fortfarande gick sin forskarutbildning när experimenten gjordes.  

Vad kan upptäckterna leda till? 

Upptäckterna har, och kommer att få, betydelse inom forskningen genom att de ger en ökad förståelse av hur kvantmekaniska system beter sig. 

I framtiden kan upptäckterna också få en betydelse för utvecklingen av kvantdatorer, som blir mycket kraftfullare än dagens datorer, kvantsensorer som kan ge känsligare mätinstrument och inom kvantkrypteringstekniker, som kan ge säkrare lagring och överföring av data. 

I den här korta filmen får du veta lite mer om pristagarnas upptäckter och varför de är till mänsklighetens största nytta: