Presentationstal av professor Björn Jonson, ledamot av Kungliga Vetenskapsakademien, ordförande i Nobelkommittén för fysik, 10 December 2012

Professor Björn Jonson presenterar Nobelpriset i fysik 2010 i Stockholms Konserthus. Copyright © Nobel Media AB 2012
Photo: Alex Ljungdahl

Vid magisterpromotionen i Lund 1820 sade Esaias Tegnér i sin epilog

Ty detta är det härliga hos mänskan
att hon kan fatta tingens inre väsen,
ej vad de synas, men vad de betyda;
och verkligheten, vart vårt öga ser,
den är symbolen endast av ett högre.

Vad är det då vårt öga ser, jo ljus. Allt det vi ser omkring oss, färger, former, föremål, ser vi därför att ljus träffar våra ögon som registrerar det så att informationen sedan kan analyseras av vår hjärna. Det vi ser kan beskrivas och förstås med vad vi idag kallar klassisk fysik. Men om man försöker tränga in i materiens innersta delar finner man att den klassiska fysiken inte räcker till. Detta gjorde att fysikerna under 1920-talet utvecklade en teori för materiens inre, en oerhört vacker teori kallad kvantmekanik. I kvantvärlden beskrivs ljus, atomer, kärnor och elementarpartiklar som både partiklar och vågor. Kvantfysiken har varit extremt framgångsrik inom den moderna fysiken. Men att verkligen observera materien på kvantnivå stöter på stora problem eftersom så gott som varje försök att göra en mätning resulterar i att kvantegenskaperna helt enkelt försvinner. Det har varit en dröm sedan kvantfysikens begynnelse att kunna studera enskilda kvantsystem. Denna dröm har nu blivit en realitet.

Årets Nobelpristagare och deras forskningsgrupper har med experiment gjorda med sinnrikt utformad apparatur lyckats med konststycket att styra och mäta enskilda isolerade kvantsystem utan att förstöra kvantegenskaperna. Serge Haroche och David Wineland har med detta öppnat vägen mot den mest grundläggande kvantvärlden. I laboratoriet har de visat att det går att utföra konster enligt kvantfysikens regler på ett sätt som man tidigare inte trodde var möjligt. De har visat hur man kan undersöka kvantsystemen, kontrollera och räkna dem. Man kan säga dressera men inte röra – för om man rör brister mikrovärldens förtrollning.

Deras experimentella metoder har mycket gemensamt. David Wineland fångar enstaka elektriskt laddade atomer, joner, i en elektrostatisk fälla, kyler ned, mäter och styr dem med ljus, alltså fotoner. Om temperaturen är nära den absoluta nollpunkten kan energin och svängningsfrekvensen hos jonen endast inta vissa bestämda värden, de är vad vi kallar kvantiserade. Med laserljus kan man försätta jonen i ett tillstånd som kallas superposition, den befinner sig samtidigt i två olika energitillstånd! Superpositionen i energi kan sedan flyttas till en motsvarande superposition i svängning, igen med laserljus. Man har alltså flyttat en superposition utan att förstöra den.

Serge Haroche gör tvärtom – fångar enstaka fotoner mellan två enormt blanka speglar och håller dem där så länge att det går att mäta och styra dem. Detta gör han med hjälp av mycket högt exciterade atomer, som passerar fällan och kittlar fotonerna lite. Atomerna kan liknas vid antenner som fångar upp information om antalet fotoner i fällan och deras tillstånd. Vi har här spionage på kvantnivå. Det är också anmärkningsvärt att notera att Haroche kan studera enstaka fotoner med tanke på att en vanlig 9 W lågenergilampa sänder ut fler fotoner på en miljarddels sekund än det finns människor på vår jord.

Båda pristagarna är företrädare för forskningsfältet kvantoptik, ett område där man studerar växelverkan mellan ljus och materia på en fundamental nivå. Denna forskning har utvecklats intensivt sedan mitten av 1980-talet. Deras forskning har gett oss nya verktyg för framtida experiment och är därför av högsta inomvetenskapliga intresse. Men deras forskning ger också hopp om framtida supersnabba datorer baserade på kvantfysik. Kanske kommer kvantdatorn att förändra vår tillvaro under detta sekel på samma radikala sätt som IT revolutionen gjorde under det förra seklet. Experimenten har även lett till utveckling av extremt noggranna optiska klockor som så småningom kan bli den nya tidsstandarden, och som redan nu är mer än hundrafalt exaktare än dagens cesiumur. Noggrannheten är så ofattbar att vid en mätning av en tid motsvarande universums hela ålder skulle klockan bara dra sig några få sekunder.

Professeur Haroche, vous avez obtenu le prix Nobel 2012 pour des méthodes expérimentales révolutionnaires qui permettent la mesure et la manipulation de systèmes quantiques individuels. Au nom de l’Académie Royale des Sciences de Suède, j’ai le privilège de vous transmettre mes plus chaleureuses félicitations pour votre travail exceptionel. Je vous demande maintenant de bien vouloir vous avancer pour recevoir votre prix Nobel des mains de Sa Majesté le Roi.

Professor Wineland, you have been awarded the 2012 years Nobel Prize for groundbreaking experimental methods that allow measurement and manipulation of individual quantum systems. On behalf of the Royal Swedish Academy of Sciences it is my privilege to convey to you my warmest congratulations for your outstanding work. I now ask you to step forward to receive your Nobel Prize from the hands of His Majesty the King.