Nobelprisen i fysik 2023 bliver delt mellem tre forskere, der har lavet banebrydende forskning på det felt, der kaldes attosekundfysik:
Anne L’Huillier fra Lunds Universitet, Pierre Agostini fra Ohio State University og Ferenc Krausz fra Max Planck-Institut für Quantenoptik.
Deres arbejde har gjort det muligt at studere processer, der er så hurtige, at de tidligere var umulige at følge, nemlig elektroners bevægelser inde i et atom.
Når elektroner bevæger sig rundt i et atom eller i et molekyle, er der så meget fart på, at det ikke giver mening at måle bevægelserne på tidsskalaer, vi mennesker er vant til.
Elektronernes bevægelser måles derfor i attosekunder, og det er ubegribeligt kort tid.
Et sekund kender du. Tag så et mikrosekund, der er en milliontedel af et sekund.
Tag en milliontedel mere af det, og du har et picosekund.
Det kan du så dele op i en million en gang til, og så har du et attosekund.
»Fantastisk«
Hvis det gør dig svimmel, kan længden på et attosekund også forklares med følgende billede:
Der er lige så mange attosekunder på et sekund som det antal sekunder, der er gået siden Universets begyndelse for rundt regnet 14 milliarder år siden.
Det forklarer Lars Bojer Madsen, der er professor ved Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet.
»Det er bestemt meget velfortjent,« siger han om de tre forskere, der modtager prisen for deres eksperimenter med at generere lyspulser, der varer et attosekund.
»Og det er et fantastisk forskningsfelt,« indskyder Lars Bojer Madsen, der selv, udover at være viceinstitutleder for forskning, arbejder teoretisk med attosekundfysik.
»Jeg kender alle tre. Det er gode kolleger. Især Anne, som jeg kender fra nordisk kontekst. Jeg har tænkt mig at skrive tillykke til hende personligt, når vi er færdige med at snakke,« siger han, holder en lille pause og siger så:
»Det er faktisk helt vildt. Den skal lige synke ned.«
Snapshots af elektroner
Ved at opløse den tidsskala, vi er vant til, med de ultrahurtige lyspulser, kan man studere elektronerne på deres ‘egen’ tidsskala.
Vi bliver med Lars Bojer Madsen ord »i stand til at tage snapshots af elektroners bevægelser.«
Det kan for det første give os helt ny viden om stofs mest fundamentale egenskaber, fordi vi ganske enkelt bliver bedre til at studere de bittesmå elektroner.
Men vi kan også tage skridtet videre og forsøge at trække i atomerne og elektronerne. På den måde kan vi muligvis manipulere materialer og deres egenskaber.
Den retning er ifølge Peter Bøggild, professor ved DTU Fysik, rigtig interessant. På DTU interesserer de sig absolut for at studere grundlæggende mekanismer, men det overskyggende mål er omsætte viden til anvendelse og udvikle løsninger på de store udfordringer, verden står med, forklarer han.
\ Nobelprisen i fysik i tal
116 nobelpriser i fysik er uddelt i perioden 1901-2022.
4 kvinder har fået prisen.
3 danskere har modtaget Nobelprisen i fysik. Niels Bohr i 1922, Aage Bohr i 1975 og Ben R. Mottelson i 1975
Den yngste modtager var bare 25 år gammel. Britiske Lawrence Bragg modtog i 1915 prisen sammen med sin far for deres indsats inden for analyse af krystallers strukturer ved hjælp af røntgen.
Ældste modtager var amerikanske Arthur Ashkin på 96 år, som i 2018 fik prisen for sin forskning i optiske pincetter, der kan flytte objekter på nano-niveau. Han døde to år senere.
I 1903 modtog ægteparret Marie Curie og Pierre Curie prisen sammen. Marie Curie fik endnu en nobelpris i 1911, denne gang i kemi. En af parrets døtre, Irène Joliot-Curie, har også modtaget en nobelpris sammen med sin mand.
I alt har 221 personer modtaget prisen.
47 gange er prisen givet til blot en enkelt modtager.
32 gange er den del af to modtager, mens det 37 gange er sket, at tre har modtaget prisen sammen.
Kilde: Nobelprize.org
Her spiller materialer en vigtig rolle. Vores hverdag er fuld af materialefysik. Fra vores elektronik til bildæk er vi dybt afhængige af materialer, der har bestemte egenskaber.
I kemi bygger man molekyler for at få stoffer med bestemte egenskaber - medicin, rengøringsmidler og maling for bare at nævne et par eksempler.
På samme måde vil fysikere gerne lave materialer med særlige egenskaber, og hvis lyspulserne kan bruges i den sammenhæng, vil det være »en ret vild måde at ‘lave’ materialer,« siger Peter Bøggild.
Fremtidens egenskaber
»Måske kan vi ‘kilde’ et materiale ved at skyde på det med de her ultrakorte lyspulser og få materialet til at opføre sig på en ny måde. Det kan være, at vi i et kort øjeblik kan få elektronerne til at tro, at de har andre egenskaber,« siger Peter Bøggild, der i øvrigt fik ret, da han forud for annonceringen over for Videnskab.dk nævnte Ferenc Krausz som en mulig prismodtager.
\ Det handler om at tage chancer
Peter Bøggild havde også et personligt ønske til, hvem der skulle vinde årets nobelpris i fysik:
At prisen vil gå til forskere, der har satset alt på deres skæve og ambitiøse idéer, uanset hvad omverdenen har ment.
Det skete eksempelvis sidste år, hvor prisen gik til tre kvantefysikere, der »bevægede sig i et område, hvor der blev stillet spørgsmålstegn ved, om de var vanvittige,« som Peter Bøggild formulerer det.
Men idéerne var altså ikke mere tossede, end at de endte med at skabe grundlaget for moderne kvantetænkning og blev belønnet med en nobelpris. Du kan læse mere om sidste års prismodtagere i artiklen Årets nobelpristagere i fysik pegede på, at Bohr havde ret.
Det er det, prisen kan, ifølge Peter Bøggild:
»Nobelprisen hædrer de helt store gennembrud. Hvis vi ikke fejrer dem, så tør forskere måske ikke gå efter de store opdagelser, fordi de kræver, at man satser på det skæve, storslåede og svære,« siger han.
Peter Bøggild bruger en transistor som eksempel:
I alle vores elektriske apparater findes der transistorer, der sørger for at forstærke elektriske signaler.
I computere udfylder transistorerne en lidt anden rolle - her fungerer de som kontakter, der tænder og slukker og dermed fremstiller de to signaler ‘1’ og ‘0’, der udgør computerens sprog og får computeren til at arbejde.
»Hvis vi kan få materialer til at skifte egenskaber hurtigt, kan vi også tænde og slukke for dem med en meget høj frekvens. Det kan vel være, at lyspulser kan skifte materialet mellem at være metallisk, hvor det leder godt, og halvledende, hvor det ikke leder så godt,« forklarer Peter Bøggild og fortsætter:
»Så kan man lave transistorer, hukommelsesenheder eller endda mere futuristiske former for elektronik, der er direkte inspireret af hvordan hjernen fungerer.«
Ultrahurtig fysik kan altså lære os om, hvordan det atomare og molekylære maskineri fungerer, men det kan også potentielt give os elektronik, der er mange gange hurtigere end i dag, og samtidig bruger meget mindre energi.
Derfor bliver forskningsfeltet, der handler om lys og stof, ifølge ham »mere og mere vigtigt.«
»For mig er der ingen tvivl om, at det er vejen ud af nogle af de hjørner, vi har malet os op i. Kan vi komme med et bud på mere effektiv teknologi, der ikke bruger så vanvittigt meget strøm, som vi bruger nu?« slutter han.
\ Disse kunne også have vundet
Et andet bud på en mulig prismodtager var ifølge Peter Bøggild grafen-forskeren Pablo Jarillo-Herrero, der i 2018 udgav et »fuldkommen vanvittigt sensationelt« forskningsresultat i tidsskriftet Nature.
»Grafit er i manges øjne verdens mest kedelige materiale, men Jarillo-Herreros gruppe viste et trick, der kunne gøre Harry Potter misundelig. Han lagde to ultratynde lag grafen, som grafit består af, ovenpå hinanden, lidt som en klapsammen-sandwich. Så roterede han dem i forhold til hinanden – gav dem et twist på cirka 1 grad - og så blev grafit-lagene forvandlet til en superleder,« forklarer Peter Bøggild.
En superleder er et materiale, der kan lede elektricitet uden modstand og dermed uden tab af energi.
»At materialer kan få helt nye egenskaber af at blive lagt ved siden af hinanden, med et lille twist, står der ikke noget om i de gamle lærebøger. Det kom fuldstændigt bag på os alle sammen,« siger Peter Bøggild.
Igen for at understrege, at de største opdagelser kræver mennesker, der kan tænke ud af boksen.
Læs mere om det i artiklen En magisk vinkel gør grafen superledende.
Danske nobelpriser
En dansk fysiker, der de senere år har været nævnt som en mulig modtager, både i Danmark og internationalt, er Lene V. Hau, der er professor ved Harvard University.
Lene V. Hau arbejder med at få lys til at gå langsommere gennem materialer. I 2014 var hun den første i verden til at bremse og gemme lyspulser i op til et halvt minut.
Det kan du læse mere om i artiklen Dansk topforsker: Nu kan vi gemme lys i et halvt minut.
Før talte vi om lys, der bevæger sig utroligt hurtigt, og nu kommer der så et bud på en fysiker, der arbejder med at få lys til at bevæge sig langsomt?
»‘Light-matter interactions’, hvad enten det går hurtigt eller langsomt, bliver mere og mere vigtige, fordi de er vejen ud af nogle af de hjørner, vi har malet os op i. Det handler om vores forhold til elektronik og vores energiforbrug. Kan vi komme med et bud på mere effektiv teknologi, der ikke bruger så vanvittigt meget strøm, som vi bruger nu?«
»Vi har både helt grundlæggende og anvendelsesorienterede grunde til at tro, at light-matter interactions har en - bogstaveligt talt - strålende fremtid foran sig,« slutter Peter Bøggild.
