Сегодня объявят номинантов Нобелевской премии по физике. Это одна из пяти ежегодных премий имени шведского химика Альфреда Нобеля, завещавшего свое состояние “людям, которые приносят наибольшую пользу человечеству”.

1 октября стали известны лауреаты в номинации “Физиология и медицина”: премию получили иммунологи Джеймс Элиссон из Онкологического центра при Техасском университете и Тасуку Хондзё – за разработку нового метода иммунотерапии рака. Среди вероятных кандидатов в лауреаты Элиссона называло издание Inside Since, которое принадлежит Американскому институту физики: в своем обзоре, опубликованном в преддверии “нобелевской недели”, оно обозначило ключевые темы, которые сейчас находятся в центре внимания всего научного мира.

Рассказываем, какие прогнозы эксперты сделали в ожидании премии по физике. Напоминаем, что даже если победа достанется неожиданному кандидату – люди, чьи имена сейчас звучат в контексте Нобелевки, имеют шансы стать лауреатами в следующие годы.

Самые важные темы

Inside Since выделяет три ключевые темы, которые, по мнению издания, находятся в фокусе мировой науки.

Первая из них – квантовая запутанность. В 2017 году состоялся первый квантовый видео-звонок – между президентом Китайской академии наук Чунли Баи и президентом Австрийской академии наук Антоном Зеилингером. Главная особенность этого вида связи – ее шифрование, которое невозможно взломать. Сверхзащищенный звонок осуществлялся на расстояние 7600 км. Возможности новой технологии были продемонстрированы благодаря спутнику Micius, который китайские ученые запустили в 2016 году. В основе инновации лежит феномен квантовой запутанности, по которому квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми. Эта зависимость сохраняется, даже если удалить объекты друг от друга – например, увести один из них в другую галактику. Квантовую запутанность пытаются приспособить не только для сверхзашифрованной передачи данных, но и для телепортации. Альберта Эйнштейна квантовая запутанность скорее пугала – он назвал ее “жутким действием на расстоянии”.

Среди ученых, которые занимаются этим феноменом, издание Inside Sience выделяет французского физика Алена Аспе (71 год), американца Джона Клаузера (75 лет) и австрийца Антона Цайлингера (73 года). Последний, к примеру, впервые осуществил квантовую телепортацию с использованием фотонов. Эти ученые в 2010 году выиграли премию Вольфа по физике, которую в научных кругах считают чем-то вроде хорошей рекомендации для Нобелевки.

Вторая важная тема в фокусе современной физики – использование солнечной энергии. "За один час Солнце дает Земле столько энергии, что человечеству бы хватило на один год", – пишут в Inside Sience. Для сбора этой энергии можно применять перовскитные солнечные элементы.

Перовскит – редкий минерал, впервые обнаруженный в XIX веке на Урале. Свое название он получил в честь русского коллекционера минералов Льва Перовского. Сейчас перовскитами называют целый класс материалов, включая синтетические, которые имеют одинаковую кристаллическую структуру. Они довольно недорогие, хорошо поглощают солнечную энергию, их можно распылять и наносить на поверхности. В 2009 году группа японских ученых под руководством Акихиро Кодзимы и Цутому Миясака продемонстрировала первые солнечные элементы, выполненные с использованием перовскитов. Сначала их эффективность была очень низкой, но со временем ее удалось увеличить. Но пока этим материалы по-прежнему уступают кремниевым и легко поддаются повреждениям. Кроме того, многие перовскиты содержат токсичный свинец. “Если ученые смогут решить эти проблемы, то будущее этой технологии будет очень ярким”, – пишут в Inside Sience. В издании отмечают, что недостатки технологии могут помешать Нобелевскому комитету присудить премию за прорыв в использовании перовскитов, но, с другой стороны, в 2014 году присудили ведь премию за другую инновацию в энергетике – синие светодиоды.

И последняя важная тема – замедление скорости света. В вакууме электромагнитная волна распространяется со скоростью 300 000 км в секунду. И ученые многие годы искали способы ее замедления или даже полной остановки. В 1999 году исследователи из Гарвардского университета во главе с датским физиком Лене Хау смогли замедлить свет до скорости 17 метров в секунду, в 2001 году – почти полностью его остановить. Кроме того, Лене Хау и ее сотрудники доказали, что замороженный свет может хранить и передавать информацию, так что со временем эти разработки могут послужить созданию инновационных устройств.

Своих кандидатов на Нобелевскую премию по физике также назвали эксперты американской компании Clarivate Analytics, которая управляет большим массивом данных по интеллектуальной собственности. Эти предположения основаны на индексе цитируемости: аналитики учитывают, работы каких ученых наиболее часто цитировали уважаемые научные издания. Компания делает предсказания по Нобелевке с 2002 года, и кандидаты Clarivate Analytics действительно часто становятся победителями – если не в год прогноза, то позже. Однако премию в номинации “Физиология и медицина” в этом году их кандидаты не взяли.

В номинации "Физика" Clariative Analytics тоже выделили три основных темы.

Первую представляют Давид Авшалом из Чикагского университета и Артур Госсард из Калифорнийского университета в Санта-Барбар. Они смогли провести эксперимент и увидеть спиновой эффект Хола, который ранее описывался только в теории. Авшалом является одним из ведущих мировых специалистов в области квантовой инженерии. Он занимается фундаментальными исследованиями квантовых систем и возможностей их применения в области вычислений и шифрования. Артур Госсард был первым, кто выращивал монослойные искусственные сверхрешетки в полупроводниках и исследовал квантово-размерный эффект Штарка.

Другое исследование, достойное Нобелевской премии, по мнению Clariative Analytics, – методы определения возраста и размера галактик. Этим занималась американский астроном и физик Сандра Фабер из Калифорнийского университета в Санта-Круз. Ей также принадлежат исследования “холодной темной материи”. Частицы этой материи движутся медленнее скорости света и мало взаимодействуют с другими веществами. Считается, что более 80% вещества во Вселенной являются темной материей, а из остальных 20% как раз состоят звезды, планеты и живые организмы. Если премию получит Фарбер, она станет третьей женщиной-лауреатом в этой номинации – после Марии Склодовской-Кюри и Марии Гепперт-Майер.

Последняя группа в списке Clariative Analytics – американский ученый украинского происхождения Юрий Гогоци, который работает в Университете Дрекселя в Филадельфии, американец Родни С. Руофф – заслуженный профессор Национального института наук и технологий Ульсана в Южной Корее и француз Патрис Саймон из Университета Поля Сабатье. Их могут поощрить за открытие материалов на основе углеродов и изучение механизмов работы суперконденсатора.

Кто и как вручает премию

Ежегодно в номинации Нобелевской премии по физике выбирают не более трех лауреатов. Если люди награждаются за одно открытие, то сумма вознаграждения делится поровну.

Как правило, награждаются работы, которые были проверены временем – то есть эти исследования подтвердили другие ученые или их результаты стали применять на практике. Иногда разрыв между открытием и премией составляет несколько десятков лет. Например, индийскому ученому Субраманьяну Чандрасекару присудили Нобелевскую премию в 1983 году за работу по строению и эволюции звезд, которая появилась в 1930 году.

Размер премии в 2017 году составил 9 млн крон, или $1,118 млн.