Fizikai Nobel-díj 2005
Zsigó Zsolt
2005/10/05 09:31
919 megtekintés
A cikk már legalább egy éve nem frissült, az akkor még aktuális információk lehet, hogy mára elavultak.
A 2005. évi fizikai Nobel-díjat megosztva Roy J. Glauber (USA), illetve John L. Hall (USA) és Theodor W. Hänsch ( Németország) kapták, a fény természetének tanulmányozásában elért eredményeikért, illetve ezek alkalmazott felhasználásáért.

A díj egyik felét R. J. Glauber kapta "az optikai koherencia kvantumelméletéhez adott hozzájárulásáért", ami a fotonok viselkedésének elméleti leírását jelenti. Számos bizonyítékot találhatunk arra, hogy a fénysugárzás elektromágneses hullám terjedése. Ugyanakkor egy sor kísérlet, megfigyelés és jelenség azt támasztja alá, hogy a fény bizonyos körülmények között részecsketulajdonságokkal rendelkezik, és ezeket a jelenségeket csak az elektromágneses hullámok részecsketulajdonsággal bíró energiaadagjai, a fotonok segítségével tudjuk magyarázni. Mára a modern fizika az anyag kettős természetének felismerésével és leírásával megteremtette a kettő közötti szerves egységet. Mai, egységes szemléletünkben nemcsak a fényről állítjuk, hogy hullámtermészete mellett részecsketulajdonságokkal is rendelkezik, hanem a mindezidáig kizárólagosan részecsketulajdonságúnak tekintett anyagról (elsőként az elektronokról) is bebizonyosodott, hogy egyidejűleg hullámtermészettel is rendelkezik. Eszerint anyagnak tekinthetünk minden, régi értelemben vett részecskéből álló anyag mellett mindenféle elektromágneses és egyéb sugárzást is.

Ezen szemlélet kialakulásának első döntő lépése az volt, amikor a hőmérsékleti sugárzás hullámhossz szerinti eloszlását leíró tapasztalati görbét megpróbálták a meglévő fizikai törvényszerűségek felhasználásával matematikai formában is leírni. A hőmérsékleti sugárzást a teljes hullámhossztartományban helyesen leíró matematikai formulát Max Planck (1858 - 1947) adta meg 1900-ban, amelyet később fizikai alaptörvényekből is sikerült levezetnie, és ezzel megalkotta a hőmérsékleti sugárzás elméletét, amely egyben a kvantumfizika megszületésének első lépését is jelentette. Planck elméletében azt feltételezte, hogy a testek energiát kisugározni vagy elnyelni csak bizonyos jól meghatározott adagokban, úgynevezett energia kvantumokban képesek. Az addigi elképzelés szerint az energia folytonos mennyiségként szerepelt, amelyből akármilyen kicsi érték is elképzelhető. Ezzel szemben Planck elméletében egy adott frekvenciájú fényhullám energiája csak az előbb megadott érték, az energia kvantum egész számú többszöröse lehet. Ennek az energiaadagnak a nagysága egyenesen arányos a frekvenciával.

Planck elméletének jelentőségét felismerve Albert Einstein (1879 - 1955) 19O5-ben már úgy tárgyalta a fénysugárzást, hogy annak energiája nem folytonos, hanem véges számú energiakvantumból áll, amelyek oszthatatlanul mozognak, vagyis csak mint egész egységek keletkezhetnek vagy nyelődhetnek el. Ezt az Einstein által definiált energiaadagot vagy energiakvantumot nevezzük ma fotonnak, és az előbbiek szerint minden foton E=h*f nagyságú energiát hordoz. Akkor, amikor egy fénysugár fényelnyelő anyagon halad át, az áthaladó fénysugár intenzitása lecsökken, mert a fénysugárban terjedő fotonok száma lecsökken. Az anyagból kilépő fénysugárban azonban az energia kvantáltságából következően csak egész számszor kevesebb foton lehet, mint a belépő sugárban. Ha egy fém felületét látható, vagy ultraibolya fénnyel megvilágítjuk, akkor a fémből elektronok szabadulnak ki, de csak akkor, ha a fény frekvenciája meghalad egy kritikus küszöbértéket. Ezt a jelenséget fényelektromos hatásnak, más néven fotoeffektusnak nevezzük.

Ezen effektust vizsgáló, 1902-ben végzett kísérletek során állapították meg azt, hogy a kilépő elektronok energiája nem függ a megvilágítás erősségétől, hanem a megvilágítás színe befolyásolja, vagyis a fémre eső fény frekvenciájának függvénye. Ha a kísérletben ugyanolyan frekvenciájú, de nagyobb intenzitású fényt használunk, akkor a fémből kilépő elektronok energiája nem változik, csak a kilépő elektronok száma növekszik. Többek között ezeknek a megfigyeléseknek is magyarázatát adta Einstein előbb említett Einstein-fotonmodellje.A kvantumfizika megalkotása a mechanikával kezdődött, majd sorra megszülettek a fizika különböző ágainak kvantumleírásai, ezek sorába tartozik az optika kvantumelmélete, a kvantumoptika. Glauber ennek a megalapozásában ért el kiemelkedő eredményeket: a kvantum-elektrodinamika formalizmusát felhasználva írta le a detektálási folyamatot. Elmélete magyarázatot adott a hőmérsékleti sugárzó fényforrások, például egy sokféle hullámhosszú (színű) és fázisú fényt kibocsátó lámpa, és a mára már szintén hétköznapivá vált koherens fényforrások, a meghatározott frekvencián és fázisban sugárzó lézerek és kvantum-erősítők fényének különbözőségére.

A fizikai Nobel-díj másik felét megosztva kapta az amerikai J. L. Hall és a német T. W. Hänsch. A hivatalos indoklás szerint "a lézerre alapozott nagy pontosságú spektroszkópia kidolgozásához adott hozzájárulásukért, beleértve az optikai fésű módszer megalkotását" kapták az elismerést. Módszerük lehetővé tette a frekvencia 15 tizedesjegy pontosságú mérését. Ennek alapján hihetetlenül egyszínű, nagyon keskeny frekvenciasávban sugárzó lézereket lehetett létrehozni, másrészt az "optikai fésű" segítségével rendkívül pontosan lehet bármilyen színű fényhullámhosszát megmérni.A módszer fantasztikus pontosságára alapozva tanulmányozzák a fizika egyik megválaszolatlan alapkérdését: a természet leírásában felhasznált alapvető állandók értéke korábban is megegyezett-e a maival, vagy változott idővel? Minden korábbinál pontosabb órák készítésében is hasznosulhat a kitüntettek felfedezése, s ennek révén még nagyobb pontosságot érhetnek el a műholdas helymeghatározó (GPS) rendszerek.

  • Az Origo nyomán

Csoportot ajánlunk

Kapcsolódó oldalak

Scientix A természettudományos oktatás közössége
All you need is code Minden a kódolás tanulásáról
A National Geographic A National Geographic honlapja.
Interpress Magazin Az IPM honlapja archívummal
Világtudomány.hu A magyar és nemzetközi tudományos élet hírei
Űr világ Asztronautikai hírportál