Presentationstal av Professor Stig Stenholm, ledamot av Kungliga Vetenskapsakademien, den 10 december 2005.

Professor Stig Stenholm presenterar Nobelpriset i fysik 2005 i Stockholms Konserthus. Copyright © Nobel Media AB 2005 Photo: Hans Mehlin

Eders Majestäter, Eders Kungliga Högheter, mina damer och herrar,

Vi lever i en värld av ljus. Vi upplever omvärlden genom synen. Likaså ger ljuset från de avlägsnaste galaxerna kunskap om universum. Årets pris handlar om ljus.

Ljuset uppvisar en karakteristisk dubbelnatur: Det uppträder både som en vågrörelse men också som en ström av enskilda ljuspartiklar, fotoner. Då en foton träffar ett material, kan den utsända en och endast en elektron. Ljus kan beskrivas med klassisk optik, men dess observation bygger alltid på absorption av ett energikvantum.

Optiken har länge varit en viktig del av fysiken, och dess tekniska tillämpningar lever vi med dagligen. Därför dröjde det innan fysikerna blev övertygade om att även optiken kräver en kvantteori. Då lasern förverkligades, blev det emellertid väsentligt att kunna skilja dess speciella ljus från upphettade kroppars mer oordnade strålning. Detta föranledde Roy Glauber att utnyttja kvantteorin för att beskriva ljusets egenskaper och hur dessa kan observeras. Hans arbete lade grunden för det forskningsområde som kallas Kvantoptik. Denna gör det möjligt att testa vår uppfattning om verklighetens grundläggande egenskaper.

Dessa resultat bygger på utnyttjandet av ljusets kvantnatur. Samtidigt är ljuset en vågrörelse, där en exakt färg har ett exakt avstånd mellan vågens toppar. Eftersom ljusets hastighet är konstant, motsvarar avståndet mellan två vågtoppar alltid ett bestämt tidsintervall, de uppträder med bestämd frekvens. Länge har fysikerna strävat att mäta tiden med extrem noggrannhet. Vi behöver goda referenser för tid. En god referens bör vara tillgänglig för alla, och därför väljs den från atomernas värld; vi har så kallade atomur. Men en referens räcker inte; man måste också kunna fastslå mätetalet för en okänd tidsperiod jämförd med referensen. Vi behöver en måttstock för att jämföra två tidsintervall.

John Hall och Theodor Hänsch har arbetat på allt mer förbättrade standardreferenser för frekvensmätningar. För att jämföra en okänd ljusperiod med referensen har de utvecklat en frekvenskamteknik. Denna ger en räcka av exakt separerade frekvenser samt en metod att ställa denna måttstock mot en okänd frekvens. Så fås ett ytterst noggrant talvärde på den okända perioden. Detta tillåter spektroskopiska mätningar med extremt stor precision. Tekniken är i dag lika exakt som de metoder som under tidigare årtionden utarbetats för ändamålet, men den lovar en flerfaldigt förbättrad noggrannhet.

Fysikens historia visar, att då mätnoggrannheten förbättras kan ny fysik upptäckas och utforskas. Dagens prisbelönta arbete gör det möjligt att testa våra grundläggande fysikaliska teorier. Tidens och rummets natur kan klarläggas, och gränserna för fysikens lagar kan fastslås.

This year’s Nobel Prize explores two of the ultimate modes of behavior of light. Its lumpy quanta determine the smallest packet of energy that can be utilized in measurements. At the other extreme, its role as a perfect wave motion may act as a reference for time periods.

Professor Glauber has shown how to apply quantum considerations to all light sources. Thus he initiated the field of Quantum Optics, which today offers both challenging tasks for the scientists and promising techniques for future quantum engineering.

Professor Hall and Professor Hänsch have developed highly precise methods for spectroscopy and provided the measuring rod to compare optical signals, the frequency comb. Thus the determination of the frequency of an unknown light becomes both simpler and more exact. The present state of the art is highly precise, but future developments promise progress far beyond the achievements of today.

Professor Glauber, Professor Hall and Professor Hänsch. You have been awarded the 2005 Nobel Prize in Physics for your research into the properties of light, extending our knowledge and technology into the extremes of its dual nature. On behalf of the Royal Swedish Academy of Sciences, I convey to you the warmest congratulations. I now ask you to step forward to receive your Nobel Prizes from the hands of His Majesty the King.