2025 भौतिकी नोबेल पुरस्कार: जॉन क्लार्क(John Clarke), मिशेल एच. डेवोरेट (Michel H. Devoret) और जॉन एम. मार्टिनिस(John M. Martinis)


रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज ने जॉन क्लार्क(John Clarke), मिशेल एच. डेवोरेट (Michel H. Devoret) और जॉन एम. मार्टिनिस(John M. Martinis) को “इलेक्ट्रिक सर्किट में मैक्रोस्कोपिक क्वांटम मैकेनिकल टनलिंग और ऊर्जा क्वांटाइजेशन की खोज के लिए” 2025 का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार देने का फैसला किया है।

रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज ने जॉन क्लार्क, मिशेल एच. डेवोरेट और जॉन एम. मार्टिनिस को "इलेक्ट्रिक सर्किट में मैक्रोस्कोपिक क्वांटम मैकेनिकल टनलिंग और ऊर्जा क्वांटाइजेशन की खोज के लिए" 2025 का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार देने का फैसला किया है।
रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज ने जॉन क्लार्क, मिशेल एच. डेवोरेट और जॉन एम. मार्टिनिस को “इलेक्ट्रिक सर्किट में मैक्रोस्कोपिक क्वांटम मैकेनिकल टनलिंग और ऊर्जा क्वांटाइजेशन की खोज के लिए” 2025 का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार देने का फैसला किया है।

रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज ने 2025 का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार “विद्युत परिपथ में स्थूल क्वांटम यांत्रिक सुरंग और ऊर्जा क्वांटीकरण की खोज के लिए” निम्नलिखित को देने का निर्णय लिया है:

जॉन क्लार्क
कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले, अमेरिका

मिशेल एच. डेवोरेट
येल विश्वविद्यालय, न्यू हेवन, कनेक्टिकट और
कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, सांता बारबरा, अमेरिका

जॉन एम. मार्टिनिस
कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, सांता बारबरा, अमेरिका

एक चिप पर उनके प्रयोगों ने क्वांटम भौतिकी को क्रियाशील रूप में प्रकट किया

भौतिकी में एक प्रमुख प्रश्न किसी प्रणाली का अधिकतम आकार है जो क्वांटम यांत्रिक प्रभावों को प्रदर्शित कर सके। इस वर्ष के नोबेल पुरस्कार विजेताओं ने एक विद्युत परिपथ के साथ प्रयोग किए, जिसमें उन्होंने हाथ में पकड़ने लायक बड़े एक तंत्र में क्वांटम यांत्रिक सुरंग(quantum mechanical tunnel) और क्वांटीकृत ऊर्जा स्तर, दोनों का प्रदर्शन किया।

क्वांटम यांत्रिकी, सुरंगीकरण(tunneling) नामक प्रक्रिया का उपयोग करके, एक कण को ​​एक अवरोध के पार सीधे गति करने की अनुमति देती है। जब बड़ी संख्या में कण शामिल होते हैं, तो क्वांटम यांत्रिक प्रभाव आमतौर पर महत्वहीन हो जाते हैं। पुरस्कार विजेताओं के प्रयोगों ने प्रदर्शित किया कि क्वांटम यांत्रिक गुणों को स्थूल पैमाने (macro level)पर मूर्त रूप दिया जा सकता है।

1984 और 1985 में, जॉन क्लार्क, मिशेल एच. डेवोरेट और जॉन एम. मार्टिनिस ने अतिचालकों(superconductor) से बने एक इलेक्ट्रॉनिक परिपथ पर प्रयोगों की एक श्रृंखला आयोजित की। ये ऐसे घटक हैं जो बिना किसी विद्युत प्रतिरोध के धारा का संचालन कर सकते हैं। परिपथ में, अतिचालक(superconductor) घटकों को कुचालक पदार्थ की एक पतली परत द्वारा पृथक किया गया था, जिसे जोसेफसन जंक्शन के रूप में जाना जाता है। अपने परिपथ के सभी विभिन्न गुणों को परिष्कृत और मापकर, वे उस परिघटना को नियंत्रित और अन्वेषण करने में सक्षम हुए जो उसमें से धारा प्रवाहित करने पर उत्पन्न होती थी। अतिचालक से होकर गुजरने वाले आवेशित कणों ने मिलकर एक ऐसी प्रणाली बनाई जो इस प्रकार व्यवहार करती थी मानो वे एक ही कण हों जो पूरे परिपथ को भर देता हो।

जब आप दीवार पर गेंद फेंकते हैं, तो आप निश्चिंत हो सकते हैं कि वह आपकी ओर वापस उछलेगी। अगर गेंद अचानक किसी ठोस दीवार के दूसरी ओर आ जाए, तो आपको बेहद आश्चर्य होगा। यह ठीक वैसी ही घटना है जिसने क्वांटम भौतिकी को विचित्र और सहज ज्ञान से परे होने की प्रतिष्ठा दी है।  ©जोहान जार्नस्टेड/द रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज

यह कण-जैसी प्रणाली एक ऐसी अवस्था में फँसी हुई है जिसमें धारा बिना किसी वोल्टेज के प्रवाहित होती है – एक ऐसी अवस्था जिससे बाहर निकलने के लिए इसके पास पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती। प्रयोग में, यह प्रणाली शून्य-वोल्टेज अवस्था से बाहर निकलने के लिए सुरंग का उपयोग करके विद्युत वोल्टेज उत्पन्न करके अपना क्वांटम चरित्र प्रदर्शित करती है। पुरस्कार विजेता यह भी दर्शाने में सफल रहे कि यह प्रणाली क्वांटाइज्ड है, जिसका अर्थ है कि यह केवल विशिष्ट मात्रा में ही ऊर्जा अवशोषित या उत्सर्जित करती है।

शुरुआत में, प्रयोग में कोई वोल्टेज नहीं होता। ऐसा लगता है जैसे कोई लीवर बंद स्थिति में है, और कुछ उसे चालू होने से रोक रहा है। क्वांटम यांत्रिकी के प्रभावों के बिना, यह स्थिति अपरिवर्तित रहती। अचानक, एक वोल्टेज प्रकट होता है। ऐसा लगता है जैसे लीवर बंद से चालू हो गया है, दोनों के बीच अवरोध के बावजूद। प्रयोग में जो हुआ उसे मैक्रोस्कोपिक क्वांटम टनलिंग कहते हैं।  ©जोहान जार्नस्टेड/द रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज

पुरस्कार विजेता यह भी प्रदर्शित कर सकते हैं कि सिस्टम क्वांटम यांत्रिकी द्वारा भविष्यवाणी के अनुसार व्यवहार करता है – यह क्वांटाइज्ड है, जिसका अर्थ है कि यह केवल विशिष्ट मात्रा में ऊर्जा को अवशोषित या उत्सर्जित करता है।

भौतिकी के लिए नोबेल समिति के अध्यक्ष ओले एरिक्सन कहते हैं, “यह अद्भुत है कि हम इस बात का जश्न मना पा रहे हैं कि सदियों पुराना क्वांटम यांत्रिकी लगातार नए आश्चर्य प्रस्तुत करता है। यह बेहद उपयोगी भी है, क्योंकि क्वांटम यांत्रिकी सभी डिजिटल तकनीक का आधार है।”

“यह अद्भुत है कि हम इस बात का जश्न मना पा रहे हैं कि सदियों पुराना क्वांटम यांत्रिकी लगातार नए आश्चर्य प्रस्तुत करता है। यह बेहद उपयोगी भी है, क्योंकि क्वांटम यांत्रिकी सभी डिजिटल तकनीक का आधार है।”

ओले एरिक्सन

कंप्यूटर माइक्रोचिप्स में ट्रांजिस्टर उस स्थापित क्वांटम तकनीक का एक उदाहरण हैं जो हमारे चारों ओर मौजूद है। इस वर्ष के भौतिकी के नोबेल पुरस्कार ने क्वांटम क्रिप्टोग्राफी, क्वांटम कंप्यूटर और क्वांटम सेंसर सहित क्वांटम तकनीक की अगली पीढ़ी को विकसित करने के अवसर प्रदान किए हैं।

क्वांटम यांत्रिक सुरंग निर्माण (Quantum mechanical tunnelling)

1926 में इरविन श्रोडिंगर के समीकरण (जिन्हें 1933 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया) के प्रकाशन के तुरंत बाद, ऐसे समाधान खोजे गए जहाँ तरंगफलन(wavefunction ) शास्त्रीय रूप से निषिद्ध क्षेत्रों में प्रवेश करता है, अर्थात जहाँ कण की कुल ऊर्जा उस क्षेत्र में उसकी स्थितिज ऊर्जा से कम होती है। हालाँकि तरंगफलन अवरोध के नीचे चरघातांकी(exponentially ) रूप से क्षय हो रहा है, परिमित लंबाई वाले अवरोधों के लिए, तरंगफलन अवरोध के दूसरी ओर भी मौजूद होता है। इस प्रकार, कण के अवरोध को पार करने की एक परिमित संभावना होती है, हालाँकि शास्त्रीय रूप से ऐसा करने के लिए उसके पास पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती है।

इस सिद्धांत का एक प्रारंभिक सफल अनुप्रयोग अल्फा क्षय की व्याख्या था, जहाँ अल्फा कण नाभिक में एक विभव अवरोध(potential barrier ) द्वारा सीमित होता है, लेकिन इस अवरोध को पार करने की एक परिमित संभावना(finite probability ) होती है। सुरंग(Tunnelling ) निर्माण ने यह भी समझाया कि रेडियोधर्मी क्षय एक संभाव्य प्रक्रिया क्यों है, जहाँ अर्धायु महत्वपूर्ण रूप से विभव अवरोध की ऊँचाई और मोटाई पर निर्भर करती है। हमारे सूर्य में संलयन के लिए भी सुरंग बनाना आवश्यक है, जहां तापमान और दबाव वास्तव में इतना कम है कि दो प्रोटॉन कूलॉम प्रतिकर्षण(Coulomb repulsion ) पर विजय प्राप्त नहीं कर सकते और हीलियम नाभिक नहीं बना सकते।

क्वांटम टनलिंग केवल रेडियोधर्मी क्षय के लिए ही महत्वपूर्ण नहीं है: 1973 के भौतिकी के नोबेल पुरस्कार का आधा हिस्सा लियो एसाकी (Leo Esaki) और इवर गियावर (Ivar Giaever) को क्रमशः अर्धचालकों (semiconductors) और अतिचालकों (superconductors) में इलेक्ट्रॉन टनलिंग परिघटनाओं से संबंधित उनकी प्रयोगात्मक खोजों के लिए प्रदान किया गया था। गियावर के 1960 के प्रयोगों ने अतिचालकों में ऊर्जा अंतराल के अस्तित्व की पुष्टि की, जिसकी भविष्यवाणी जॉन बार्डीन(John Bardeen), लियोन एन. कूपर (Leon N. Cooper) और रॉबर्ट श्रीफ़र (Robert Schrieffer) ने 1957 में की थी। उनके BCS सिद्धांत को 1972 के भौतिकी के नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया। 1973 के भौतिकी के नोबेल पुरस्कार का आधा हिस्सा ब्रायन जोसेफसन (Brian Josephson) को प्रदान किया गया, जिनकी सैद्धांतिक भविष्यवाणियाँ इस वर्ष के पुरस्कार के लिए भी महत्वपूर्ण हैं।

एकल कणों की सुरंग(tunnel) बनाने की क्षमता सर्वविदित है। 1928 में, भौतिक विज्ञानी जॉर्ज गामो ने पाया कि सुरंग(tunnel) बनाने के कारण ही कुछ भारी परमाणु नाभिक एक विशेष तरीके से क्षय(decay) होते हैं। नाभिक में स्थित बलों के बीच परस्पर क्रिया इसके चारों ओर एक अवरोध(confinement) उत्पन्न करती है, जो इसमें उपस्थित कणों को रोके रखता है। हालाँकि, इसके बावजूद, परमाणु नाभिक का एक छोटा सा टुकड़ा कभी-कभी विभाजित होकर अवरोध से बाहर निकल सकता है और बच सकता है – जिससे एक नाभिक पीछे छूट जाता है जो किसी अन्य तत्व में परिवर्तित हो जाताहै। सुरंग बनाने के बिना, इस प्रकार का नाभिकीय क्षय संभव नहीं हो सकता।

सुरंग निर्माण एक क्वांटम यांत्रिक प्रक्रिया है, जिसमें संयोग की भूमिका होती है। कुछ प्रकार के परमाणु नाभिकों में एक ऊँचा, चौड़ा अवरोध होता है, इसलिए नाभिक के एक टुकड़े को उसके बाहर आने में काफ़ी समय लग सकता है, जबकि अन्य प्रकार के नाभिकों का क्षय अधिक आसानी से होता है। यदि हम केवल एक परमाणु को देखें, तो हम यह अनुमान नहीं लगा सकते कि यह कब होगा, लेकिन एक ही प्रकार के बड़ी संख्या में नाभिकों के क्षय को देखकर, हम सुरंग निर्माण होने से पहले के अनुमानित समय को माप सकते हैं। इसका वर्णन करने का सबसे आम तरीका अर्ध-आयु की अवधारणा है, जो यह दर्शाता है कि किसी नमूने में आधे नाभिकों को क्षय होने में कितना समय लगता है।

भौतिकविदों को लगभग एक सदी से पता है कि एक विशेष प्रकार के नाभिकीय क्षय (अल्फ़ा क्षय) के लिए सुरंग बनाना आवश्यक है। परमाणु के नाभिक का एक छोटा सा टुकड़ा टूटकर उसके बाहर दिखाई देता है।  
©जोहान जार्नस्टेड/द रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ़ साइंसेज

भौतिकविदों ने तुरंत सोचा कि क्या एक प्रकार की सुरंग खोदने की प्रक्रिया की जाँच करना संभव होगा जिसमें एक समय में एक से ज़्यादा कण शामिल हों। नए प्रकार के प्रयोगों के लिए एक दृष्टिकोण की उत्पत्ति उस घटना से हुई जो तब उत्पन्न होती है जब कुछ पदार्थ अत्यधिक ठंडे हो जाते हैं।

एक साधारण चालक पदार्थ में, धारा प्रवाहित होती है क्योंकि इसमें इलेक्ट्रॉन होते हैं जो पूरे पदार्थ में स्वतंत्र रूप से गति कर सकते हैं। कुछ पदार्थों में, चालक से होकर गुजरने वाले अलग-अलग इलेक्ट्रॉन संगठित हो सकते हैं, जिससे एक समकालिक नृत्य(synchronised dance) बनता है जो बिना किसी प्रतिरोध के प्रवाहित होता है। पदार्थ एक अतिचालक बन जाता है और इलेक्ट्रॉन युग्मों के रूप में एक साथ जुड़ जाते हैं। इन्हें लियोन कूपर के नाम पर कूपर युग्म कहा जाता है,  जिन्होंने जॉन बार्डीन और रॉबर्ट श्रीफ़र के साथ मिलकर अतिचालकों की कार्यप्रणाली का विस्तृत विवरण दिया था ( भौतिकी में नोबेल पुरस्कार 1972 )।

कूपर जोड़े साधारण इलेक्ट्रॉनों से पूरी तरह अलग व्यवहार करते हैं। इलेक्ट्रॉनों में बहुत अधिक अखंडता होती है और वे एक दूसरे से दूरी पर रहना पसंद करते हैं – यदि दो इलेक्ट्रॉनों के गुण समान हैं तो वे एक ही स्थान पर नहीं हो सकते। हम इसे एक परमाणु में देख सकते हैं, उदाहरण के लिए, जहाँ इलेक्ट्रॉन खुद को विभिन्न ऊर्जा स्तरों में विभाजित करते हैं, जिन्हें शैल कहा जाता है। हालांकि, जब एक सुपरकंडक्टर में इलेक्ट्रॉन जोड़े के रूप में जुड़ते हैं, तो वे अपनी वैयक्तिकता को थोड़ा खो देते हैं; जबकि दो अलग-अलग इलेक्ट्रॉन हमेशा अलग होते हैं, दो कूपर जोड़े बिल्कुल एक जैसे हो सकते हैं। इसका मतलब है कि एक सुपरकंडक्टर में कूपर जोड़े को एक इकाई, एक क्वांटम यांत्रिक प्रणाली के रूप में वर्णित किया जा सकता है। क्वांटम यांत्रिकी की भाषा में, उन्हें तब एकल तरंग फ़ंक्शन के रूप में वर्णित किया जाता है।

एक सामान्य चालक में, इलेक्ट्रॉन एक-दूसरे और पदार्थ के साथ टकराते हैं। जब कोई पदार्थ अतिचालक बन जाता है, तो इलेक्ट्रॉन युग्मों, कूपर युग्मों, के रूप में जुड़ जाते हैं और एक धारा बनाते हैं जहाँ कोई प्रतिरोध नहीं होता। चित्र में दिया गया अंतराल जोसेफसन संधि को दर्शाता है। कूपर युग्म इस प्रकार व्यवहार कर सकते हैं मानो वे सभी एक ही कण हों जो पूरे विद्युत परिपथ को भरते हैं। क्वांटम यांत्रिकी इस सामूहिक अवस्था का वर्णन एक साझा तरंग फलन का उपयोग करके करती है। इस तरंग फलन के गुण पुरस्कार विजेताओं के प्रयोग में प्रमुख भूमिका निभाते हैं।  ©जोहान जार्नस्टेड/द रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज

यदि दो अतिचालकों को उनके बीच एक पतली विद्युतरोधी बाधा द्वारा जोड़ दिया जाए, तो एक जोसेफसन जंक्शन बनता है। इस घटक का नाम ब्रायन जोसेफसन के नाम पर रखा गया है , जिन्होंने इस जंक्शन के लिए क्वांटम यांत्रिकी गणनाएँ की थीं। उन्होंने पाया कि जब जंक्शन के प्रत्येक ओर स्थित तरंग फलनों पर विचार किया जाता है, तो रोचक घटनाएँ घटित होती हैं ( भौतिकी में नोबेल पुरस्कार 1973 )। जोसेफसन जंक्शन ने शीघ्र ही अनुप्रयोग के क्षेत्र खोज लिए, जिनमें मूलभूत भौतिक स्थिरांकों और चुंबकीय क्षेत्रों के सटीक मापन शामिल हैं।

इस निर्माण ने क्वांटम भौतिकी के मूल सिद्धांतों को नए तरीके से समझने के लिए उपकरण भी प्रदान किए। ऐसा करने वाले एक व्यक्ति थे एंथनी लेगेट ( भौतिकी में नोबेल पुरस्कार विजेता, 2003 ), जिनके जोसेफसन जंक्शन पर मैक्रोस्कोपिक क्वांटम टनलिंग पर सैद्धांतिक कार्य ने नए प्रकार के प्रयोगों को प्रेरित किया।

अनुसंधान समूह ने अपना काम शुरू किया

ये विषय जॉन क्लार्क की शोध रुचियों के लिए एकदम उपयुक्त थे। वे अमेरिका के कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले में प्रोफ़ेसर थे, जहाँ वे 1968 में ब्रिटेन के कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय से डॉक्टरेट की उपाधि प्राप्त करने के बाद चले गए थे। यूसी बर्कले में उन्होंने अपना शोध समूह बनाया और अतिचालकों और जोसेफसन जंक्शन का उपयोग करके विभिन्न परिघटनाओं के अन्वेषण में विशेषज्ञता हासिल की।

1980 के दशक के मध्य तक, पेरिस से डॉक्टरेट की उपाधि प्राप्त करने के बाद, मिशेल डेवोरेट जॉन क्लार्क के शोध समूह में पोस्टडॉक्टरल के रूप में शामिल हो गए थे। इस समूह में डॉक्टरेट के छात्र जॉन मार्टिनिस भी शामिल थे। साथ मिलकर, उन्होंने मैक्रोस्कोपिक क्वांटम टनलिंग का प्रदर्शन करने की चुनौती स्वीकार की। प्रायोगिक सेटअप को प्रभावित करने वाले सभी हस्तक्षेपों से बचाने के लिए अत्यधिक सावधानी और सटीकता की आवश्यकता थी। वे अपने विद्युत परिपथ के सभी गुणों को परिष्कृत और मापने में सफल रहे, जिससे उन्हें इसे विस्तार से समझने में मदद मिली।

क्वांटम परिघटना को मापने के लिए, उन्होंने जोसेफसन जंक्शन में एक दुर्बल धारा प्रवाहित की और वोल्टेज मापा, जो परिपथ में विद्युत प्रतिरोध से संबंधित है। जोसेफसन जंक्शन पर वोल्टेज, जैसी कि अपेक्षित थी, प्रारंभ में शून्य था। ऐसा इसलिए है क्योंकि तंत्र का तरंग फलन एक ऐसी अवस्था में परिबद्ध होता है जो वोल्टेज उत्पन्न नहीं होने देता। फिर उन्होंने अध्ययन किया कि तंत्र को इस अवस्था से बाहर निकलने में कितना समय लगा, जिससे वोल्टेज उत्पन्न हुआ। चूँकि क्वांटम यांत्रिकी में संयोग का एक तत्व निहित होता है, इसलिए उन्होंने अनेक माप लिए और अपने परिणामों को ग्राफ़ के रूप में अंकित किया, जिससे वे शून्य-वोल्टेज अवस्था की अवधि ज्ञात कर सके। यह उसी प्रकार है जैसे परमाणु नाभिकों की अर्ध-आयु का मापन क्षय के अनेक उदाहरणों के आँकड़ों पर आधारित होता है।

जॉन क्लार्क, मिशेल डेवोरेट और जॉन मार्टिनिस ने एक अतिचालक विद्युत परिपथ का उपयोग करके एक प्रयोग किया। इस परिपथ को धारण करने वाली चिप का आकार लगभग एक सेंटीमीटर था। इससे पहले, सुरंग निर्माण और ऊर्जा परिमाणीकरण का अध्ययन केवल कुछ कणों वाले तंत्रों में किया गया था; यहाँ, ये घटनाएँ एक क्वांटम यांत्रिक तंत्र में दिखाई दीं, जिसमें अरबों कूपर युग्म थे जो चिप पर स्थित पूरे अतिचालक को भर देते थे। इस प्रकार, प्रयोग ने क्वांटम यांत्रिक प्रभावों को सूक्ष्म पैमाने से स्थूल पैमाने पर ले जाया। ©जोहान जार्नस्टेड/द रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज

सुरंग खोदने से पता चलता है कि कैसे प्रायोगिक सेटअप के कूपर जोड़े, अपने समकालिक नृत्य में, एक विशाल कण की तरह व्यवहार करते हैं। शोधकर्ताओं को इसकी और पुष्टि तब मिली जब उन्होंने देखा कि सिस्टम में क्वांटाइज्ड ऊर्जा स्तर थे। क्वांटम यांत्रिकी का नाम इस अवलोकन के आधार पर रखा गया था कि सूक्ष्म प्रक्रियाओं में ऊर्जा अलग-अलग पैकेजों, क्वांटा में विभाजित होती है। पुरस्कार विजेताओं ने शून्य-वोल्टेज अवस्था में अलग-अलग तरंगदैर्ध्य के माइक्रोवेव पेश किए। इनमें से कुछ अवशोषित हो गए, और फिर सिस्टम एक उच्च ऊर्जा स्तर पर चला गया। इससे पता चला कि जब सिस्टम में अधिक ऊर्जा होती है तो शून्य-वोल्टेज अवस्था की अवधि कम होती है – जो कि क्वांटम यांत्रिकी की भविष्यवाणी है। एक अवरोध के पीछे बंद एक सूक्ष्म कण भी इसी तरह कार्य करता है।

किसी अवरोध के पीछे स्थित एक क्वांटम यांत्रिक प्रणाली में ऊर्जा की अलग-अलग मात्राएँ हो सकती हैं, लेकिन यह इस ऊर्जा की केवल विशिष्ट मात्राओं को ही अवशोषित या उत्सर्जित कर सकती है। यह प्रणाली क्वांटीकृत होती है। उच्च ऊर्जा स्तर पर सुरंग निर्माण निम्न ऊर्जा स्तर की तुलना में अधिक आसानी से होता है, इसलिए सांख्यिकीय रूप से, अधिक ऊर्जा वाला तंत्र कम ऊर्जा वाले तंत्र की तुलना में कम समय के लिए बंदी रहता है।  
©जोहान जार्नस्टेड/द रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज

व्यावहारिक और सैद्धांतिक लाभ

इस प्रयोग के क्वांटम यांत्रिकी की समझ पर महत्वपूर्ण प्रभाव हैं। स्थूल पैमाने पर प्रदर्शित अन्य प्रकार के क्वांटम यांत्रिक प्रभाव कई सूक्ष्म व्यक्तिगत टुकड़ों और उनके अलग-अलग क्वांटम गुणों से बने होते हैं। फिर ये सूक्ष्म घटक मिलकर लेज़र, अतिचालक और अतिद्रव जैसी स्थूल घटनाएँ उत्पन्न करते हैं। हालाँकि, इस प्रयोग ने एक स्थूल प्रभाव – एक मापनीय वोल्टेज – उत्पन्न किया, जो स्वयं स्थूल अवस्था से, विशाल संख्या में कणों के लिए एक सामान्य तरंग फलन के रूप में उत्पन्न हुआ।

एंथनी लेगेट जैसे सिद्धांतकारों ने पुरस्कार विजेताओं की स्थूल क्वांटम प्रणाली की तुलना इरविन श्रोडिंगर के प्रसिद्ध विचार प्रयोग से की है, जिसमें एक बिल्ली को एक डिब्बे में बंद दिखाया गया था, जहाँ अगर हम अंदर न देखें तो बिल्ली जीवित और मृत दोनों हो सकती है। (इरविन श्रोडिंगर को 1933 में भौतिकी का नोबेल पुरस्कार मिला था ।) उनके विचार प्रयोग का उद्देश्य इस स्थिति की बेतुकीता को दर्शाना था, क्योंकि क्वांटम यांत्रिकी के विशेष गुण अक्सर स्थूल पैमाने पर मिट जाते हैं। एक पूरी बिल्ली के क्वांटम गुणों को प्रयोगशाला प्रयोग में प्रदर्शित नहीं किया जा सकता।

हालाँकि, लेगेट ने तर्क दिया है कि जॉन क्लार्क, मिशेल डेवोरेट और जॉन मार्टिनिस द्वारा किए गए प्रयोगों की श्रृंखला ने दिखाया है कि ऐसी घटनाएँ हैं जिनमें बड़ी संख्या में कण शामिल होते हैं जो एक साथ मिलकर ठीक वैसे ही व्यवहार करते हैं जैसा क्वांटम यांत्रिकी भविष्यवाणी करती है। कई कूपर युग्मों से बना स्थूल तंत्र अभी भी एक बिल्ली के बच्चे से कई गुना छोटा है – लेकिन चूँकि प्रयोग उन क्वांटम यांत्रिक गुणों को मापता है जो समग्र रूप से तंत्र पर लागू होते हैं, एक क्वांटम भौतिक विज्ञानी के लिए यह श्रोडिंगर की काल्पनिक बिल्ली के काफी समान है।

इस प्रकार की स्थूल क्वांटम अवस्था, कणों की सूक्ष्म दुनिया को नियंत्रित करने वाली परिघटनाओं का उपयोग करके प्रयोगों के लिए नई संभावनाएँ प्रदान करती है। इसे बड़े पैमाने पर कृत्रिम परमाणु का एक रूप माना जा सकता है – एक ऐसा परमाणु जिसके केबल और सॉकेट होते हैं जिन्हें नए परीक्षण सेट-अप से जोड़ा जा सकता है या नई क्वांटम तकनीक में उपयोग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, कृत्रिम परमाणुओं का उपयोग अन्य क्वांटम प्रणालियों का अनुकरण करने और उन्हें समझने में सहायता के लिए किया जाता है।

एक और उदाहरण मार्टिनिस द्वारा बाद में किया गया क्वांटम कंप्यूटर प्रयोग है, जिसमें उन्होंने ठीक उसी ऊर्जा क्वांटीकरण का उपयोग किया जिसका प्रदर्शन उन्होंने और अन्य दो पुरस्कार विजेताओं ने किया था। उन्होंने एक ऐसे परिपथ का उपयोग किया जिसमें क्वांटीकृत अवस्थाएँ सूचना-वाहक इकाइयों के रूप में थीं – एक क्वांटम बिट। सबसे कम ऊर्जा अवस्था और ऊपर की ओर पहला चरण क्रमशः शून्य और एक के रूप में कार्य करते थे। अतिचालक परिपथ भविष्य के क्वांटम कंप्यूटर के निर्माण के प्रयासों में खोजी जा रही तकनीकों में से एक है।

इस वर्ष के पुरस्कार विजेताओं ने भौतिकी प्रयोगशालाओं में व्यावहारिक लाभ के साथ-साथ हमारे भौतिक जगत की सैद्धांतिक समझ के लिए नई जानकारी उपलब्ध कराने में भी योगदान दिया है।

विजेताओं के बारे में

  • जॉन क्लार्क, जन्म 1942, कैम्ब्रिज, यूके। 1968 में कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय, यूके से पीएचडी। कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले, अमेरिका में प्रोफेसर।
  • मिशेल एच. डेवोरेट, जन्म 1953, पेरिस, फ्रांस। 1982 में पेरिस-सूद विश्वविद्यालय, फ्रांस से पीएचडी। येल विश्वविद्यालय, न्यू हेवन, कनेक्टिकट और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सांता बारबरा, अमेरिका में प्रोफेसर।
  • जॉन एम. मार्टिनिस, जन्म 1958। 1987 में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले, अमेरिका से पीएचडी। कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सांता बारबरा, अमेरिका में प्रोफेसर।

क्या आप जानते है ?

  • 1901 से अब तक भौतिकी में 118 नोबेल पुरस्कार प्रदान किये जा चुके हैं।
  • 47 भौतिकी पुरस्कार केवल एक पुरस्कार विजेता को दिए गए हैं।
  • अब तक 5 महिलाओं को भौतिकी पुरस्कार से सम्मानित किया गया है: 1903 में मैरी क्यूरी, 1963 में मारिया गोएपर्ट-मेयर, 2018 में डोना स्ट्रिकलैंड ,2020 में एंड्रिया घेज़ और 2023 ऐनी एल’हुइलियर।
  • 1 व्यक्ति, जॉन बार्डीन को दो बार भौतिकी पुरस्कार से सम्मानित किया गया है।
  • अब तक के सबसे कम उम्र के भौतिकी पुरस्कार विजेता लॉरेंस ब्रैग की उम्र 25 वर्ष थी, जब उन्हें अपने पिता के साथ 1915 में भौतिकी पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।
  • सबसे उम्रदराज भौतिकी पुरस्कार विजेता आर्थर अश्किन की उम्र 96 वर्ष थी।

भौतिकी नोबेल पुरस्कार विजेता का चयन कौन करता है ?

रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज भौतिकी में नोबेल पुरस्कार विजेताओं के चयन के लिए जिम्मेदार है।

अल्फ्रेड नोबेल की वसीयत की शर्तों के अनुसार, 1901 से रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज द्वारा भौतिकी में नोबेल पुरस्कार प्रदान किया जाता रहा है।

अकादमी की स्थापना 1739 में हुई थी और आज इसमें लगभग 440 स्वीडिश और 175 विदेशी सदस्य हैं। अकादमी में सदस्यता सफल अनुसंधान उपलब्धियों की विशिष्ट मान्यता है। अकादमी तीन साल के कार्यकाल के लिए नोबेल समिति, कार्यकारी निकाय के सदस्यों की नियुक्ति करती है।

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