Οχι σπάνια, η Βασιλική Σουηδική Ακαδημία Επιστημών απονέμει το ετήσιο βραβείο Νομπέλ Φυσικής σε επιστήμονες που συνέβαλαν στην εξιχνίαση θεμελιωδών μυστηρίων της ύλης και του σύμπαντος, στις κλίμακες του πολύ μικρού και του πολύ μεγάλου – από τα εξωτικά στοιχειώδη σωματίδια του κβαντικού μικρόκοσμου μέχρι τις μαύρες τρύπες και τη Μεγάλη Εκρηξη. Αλλοτε, πάλι, επιβραβεύει ερευνητές που ασχολούνται με πιο γήινα προβλήματα, με άμεσο αντίκτυπο στη ζωή μας, όπως συνέβη το 2018, όταν τρεις επιστήμονες τιμήθηκαν για τις ανακαλύψεις τους στο πεδίο των λέιζερ, ή το 2021, όταν ισάριθμοι συνάδελφοί τους έλαβαν το βραβείο για τη συμβολή τους στην κατανόηση πολύπλοκων συστημάτων, όπως το παγκόσμιο κλίμα.
Με τη χθεσινή απόφασή της, η Σουηδική Ακαδημία στάθηκε στη γραμμή συνάντησης των δύο κόσμων. Το βραβείο Νομπέλ Φυσικής του 2023 θα μοιραστούν ο Γάλλος Πιερ Αγκοστινί, ο Ούγγρος Φέρεντς Κράουτς και η Γαλλίδα Αν Λ’Ουιγιέ για τις έρευνές τους σχετικά με τις ταχύτατες αλλαγές που υφίστανται τα ηλεκτρόνια μέσα στα άτομα και τα μόρια, στους δομικούς λίθους του κόσμου που μας περιβάλλει.
Οι ανακαλύψεις τους άνοιξαν νέους δρόμους στη βασική έρευνα, ενώ ταυτόχρονα δημιούργησαν ελπίδες για καινοτόμους εφαρμογές σε πεδία όπως η επινόηση νέων ηλεκτρονικών διατάξεων, ακριβέστερων μεθόδων ιατρικής διάγνωσης και παραγωγής καινούργιων χημικών ενώσεων.
Τα ηλεκτρόνια αντιπροσωπεύουν, τυπικά, μόλις το 1/3.600 της μάζας ενός μορίου (καθώς είναι κατά πολύ ελαφρύτερα από τα νετρονίων και τα πρωτόνια που τα συναποτελούν), αλλά οι αλλαγές στην κατάστασή τους παράγουν το σύνολο των φυσικών και χημικών φαινομένων που εξελίσσονται στον κόσμο γύρω μας, με εξαίρεση εκείνα που λαμβάνουν χώρα στους πυρηνικούς αντιδραστήρες, στους επιταχυντές σωματιδίων ή στα αστέρια. Οι μεταβολές στην κίνηση ή στην ενέργειά τους είναι τόσο ταχείες, που οι επιστήμονες πίστευαν μέχρι πρότινος ότι δεν θα ήταν δυνατόν να τις αιχμαλωτίσουν με οποιαδήποτε απεικονιστική τεχνική.
Ενδεικτικά, για να φωτογραφίσει κάποιος έναν άνθρωπο που βαδίζει στον δρόμο θα πρέπει το κλείστρο της φωτογραφικής μηχανής να λειτουργήσει με ταχύτητα 1/250 του δευτερολέπτου (sec). Για ένα κινούμενο αυτοκίνητο, η απαιτούμενη ταχύτητα γίνεται 1/4.000 sec. Αλλά οι ταχύτητες μεταβολής των ηλεκτρονίων είναι ασύλληπτα γρήγορες, αφού εξελίσσονται μέσα σε 1 attosecond, δηλαδή ένα πεντάκις εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου. Για να πάρουμε μια ιδέα, είναι το απειροστό διάστημα που προκύπτει αν διαιρέσουμε ένα δευτερόλεπτο διά 1.000 έξι φορές.
Η μέθοδος
Αυτό το άλυτο μέχρι χθες πρόβλημα κατάφεραν να αντιμετωπίσουν οι τρεις επιστήμονες, δημιουργώντας βραχύτατους φωτεινούς παλμούς λέιζερ της τάξης των attosecond και χρησιμοποιώντας τους στη συνέχεια για να διακρίνουν τις αλλαγές θέσης ή ενέργειας που υφίστανται τα ηλεκτρόνια μέσα στα άτομα ή στα μόρια. Ο Κράουτς και η ομάδα του ήταν οι πρώτοι που παρήγαγαν τέτοιους παλμούς στην αρχή της δεκαετίας του 2000, ενώ κάτι ανάλογο έγινε με την ομάδα του Αγκοστινί.
Με χρήση βραχέων παλμών λέιζερ, κατάφεραν να απεικονίσουν τις ταχύτατες αλλαγές των ηλεκτρονίων στα άτομα και στα μόρια.
Και οι δύο ομάδες στηρίχτηκαν σε προηγούμενες έρευνες της Λ’Ουιγιέ, από τη δεκαετία του ’80, όταν η Γαλλίδα φυσικός ανακάλυψε ένα νέο φαινόμενο στην αλληλεπίδραση ακτινοβολίας λέιζερ με άτομα αερίου, το οποίο άνοιξε τον δρόμο για τη δημιουργία των ταχύτατων φωτεινών παλμών.
Ωστόσο, όπως εξηγεί η Γαλλίδα επιστήμονας, ακόμη και με τις πρωτοποριακές μεθόδους των τριών επιστημόνων, κανείς δεν μπορεί πραγματικά να «δει» ένα ηλεκτρόνιο, αφού, όπως προβλέπει η κβαντική φυσική, δεν συμπεριφέρεται ως κλασικό σωματίδιο. «Η εικόνα είναι πολύ θολή. Μπορείς να δεις αν το ηλεκτρόνιο βρίσκεται από τη μια ή την άλλη πλευρά του μορίου, όχι όμως πολύ περισσότερα πράγματα. Τα ηλεκτρόνια μοιάζουν πιο πολύ με κύματα και αυτό που μπορούμε να μετρήσουμε με τις διατάξεις είναι η κορυφογραμμή αυτών των κυμάτων», διευκρινίζει.
Εστω κι έτσι, οι ανακαλύψεις των τριών επιστημόνων έχουν ήδη ανοίξει δρόμους για καινούργιες εφαρμογές, όπως η αποτελεσματικότερη ανίχνευση παθογόνων ουσιών μέσα σε δείγματα αίματος.
Από το 1901, οπότε άρχισε η απονομή των βραβείων Νομπέλ Φυσικής, έχουν πραγματοποιηθεί 117 απονομές και έχουν τιμηθεί με το εν λόγω βραβείο 225 επιστήμονες, συμπεριλαμβανομένων ιερών τεράτων της επιστήμης όπως ο Αλμπερτ Αϊνστάιν, ο Μαξ Πλανκ, ο Νιλς Μπορ, ο Ερβιν Σρέντινγκερ, ο Βέρνερ Χάιζενμπεργκ και τόσοι άλλοι. Ανάμεσά τους διακρίνονταν μέχρι χθες μόνο τέσσερις γυναίκες, με πρώτη τη Μαρί Κιουρί, που μοιράστηκε με τον σύζυγό της Πιερ και άλλους τρεις ερευνητές το βραβείο του 1903 για την ανακάλυψη της ραδιενέργειας.
Ποιοι είναι
Χθες, η Αν Λ’Ουιγιέ έγινε η πέμπτη γυναίκα που γνωρίζει την ύψιστη τιμητική διάκριση. Καθηγήτρια στο Πανεπιστήμιο Λουντ της Σουηδίας, πληροφορήθηκε τη βράβευσή της ενώ έδινε διάλεξη στους φοιτητές και στις φοιτήτριές της, αλλά επέμεινε να ολοκληρώσει την παρουσίαση, αν και, όπως αναγνώρισε, «η επόμενη μισή ώρα ήταν δύσκολη». Δεν παρέλειψε, δε, να προσθέσει: «Είναι εκπληκτικό. Οπως γνωρίζετε, δεν υπάρχουν πολλές γυναίκες που να έχουν λάβει το βραβείο, και αυτό το κάνει ξεχωριστό».
Ο Πιερ Αγκοστινί είναι καθηγητής στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Οχάιο, στις ΗΠΑ, ενώ ο Φέρεντς Κράουτς εργάζεται ως διευθυντής του Ινστιτούτου Μαξ Πλανκ για την κβαντική οπτική στη Γερμανία. Είναι ο δεύτερος Ούγγρος που τιμάται φέτος με βραβείο Νομπέλ, ύστερα από τη βιοχημικό Καταλίν Κάρικο, η οποία μοιράστηκε με τον Αμερικανό Ντρου Ουάισμαν το Νομπέλ Ιατρικής.
Οι αριθμοί
117 είναι τα Νομπέλ Φυσικής που έχουν δοθεί από το 1901 έως το 2023.
225 οι βραβευθέντες με Νομπέλ Φυσικής.
5 γυναίκες μόνο έχουν τιμηθεί με το βραβείο.
25 ετών ήταν, το 1915, ο νεότερος βραβευθείς, ο Γουίλιαμ Λόρενς Μπραγκ.
96 ετών ήταν, το 2018, ο Αρθουρ Ασκιν, ο γηραιότερος βραβευθείς.