Намагниченный «Нобель»

Лауреатом Нобелевской премии по физике стали немец Петер Грюнберг и француз Альбер Ферт. В этом году высшей научной награды в области физики удостоены ученые, открывшие гигантский магниторезистивный эффект (GMR-эффект), или гигантское магнитосопротивление (ГМС), положивший начало спинтронике (всё ещё экспериментальной технологии хранения и обработки данных, в которой информация кодируется в ориентации спина – внутреннего момента вращения электрона).

Нобелевские премии по физике далеко не всегда присуждаются в строгом соответствии с волей Альфреда Нобеля, завещавшего награждать учёных, «принесших наибольшую пользу человечеству», – из многих открытий физиков довольно сложно извлечь практическую пользу.

Однако в данном случае Нобелевскому комитету удалось соблюсти и дух, и букву завещания изобретателя динамита.

Технологии, начало которым положили работы Грюнберга и Ферта, в настоящее время широко применяются в компьютерной технике, их использование позволило значительно увеличить плотность хранения информации на магнитных носителях. Благодаря GMR-эффекту считывающие головки жёстких дисков хорошо откликаются на небольшие изменения магнитного поля, а именно, эти небольшие изменения кодируют данные на магнитном носителе. В самой экспериментальной физике открытие также широко используется – эффект позволяет рутинно получать для экспериментов электроны, спины которых ориентированы в одном направлении.

Явление было независимо (и неожиданно) открыто двумя группами исследователей в 1988 году, и с тех пор руководители этих групп – Грюнберг и Ферт – получили за него немало престижных наград. Неразлучность пары объясняется ещё и тем, что Ферт первым правильно объяснил явление с физической точки зрения, а Грюнбергу принадлежит патент на его использование.

GMR-эффект возникает в материалах-«сэндвичах», состоящих из слоёв ферромагнитного вещества, разделённых тонкими (толщиной порядка нанометра, миллионной доли миллиметра) прослойками немагнитных материалов. Грюнберг и Ферт заметили, что при приложении к такому сэндвичу «железо-хром-железо» относительно небольшого магнитного поля электрическое сопротивление материала значительно уменьшается. Зависимость сопротивления материала от направления приложенного к нему магнитного поля была замечена еще в XIX веке, однако амплитуда ее существенно меньше, чем 50% и 6%, обнаруженные в 1988 году, и у этого эффекта совершенно другая физическая природа.

Найденное Грюнбергом и Фертом явление – чисто квантовомеханический эффект, и учёные надеются, что когда-нибудь ГМС поможет созданию квантового компьютера, который будет способен решать вычислительные проблемы с помощью невероятно эффективных алгоритмов, которые нельзя реализовать на классическом компьютере. В какой-то мере можно сказать, что квантовый компьютер будет способен проводить вычисления одновременно со всеми числами, которые могут храниться у него в памяти. Классический компьютер может делать это лишь последовательно (параллельные вычисления – это просто вычисления на множестве компьютеров). Если квантовый компьютер будет хранить информацию в виде спина электрона (а так полагают большинство исследователей), GMR-эффект должен сыграть важную роль в его создании.

Нобелевская премия по физике – одна из пяти «классических» премий, которые Альфред Нобель завещал вручать учёным, литераторам и общественным деятелям, «принесшим наибольшую пользу человечеству». Хотя по традиции имена лауреатов Нобелевской премии по физике объявляются на следующий день после обнародования лауреатов премии по физиологии или медицине, в завещании Нобеля физика указана первой.

Физики также первыми получают Нобелевскую медаль, диплом и сертификат на свою долю премии из рук короля Швеции в годовщину смерти Альфреда Нобеля 10 декабря.

За ними следуют лауреаты премий в области химии, физиологии, медицины и литературы (премию мира вручает норвежский король в Осло). Кроме того, приз в Стокгольме получает и лауреат премии «Памяти Нобеля» по экономике.

Нынешняя награда – сто первая в истории Нобелевских премий по физике: премии не присуждались в 1916, 1931, 1934 и 1940-1942 годах. Лауреатов выбирает Шведская академия наук из числа кандидатов, предложенных учёными из Швеции и других стран. Предложить кандидата можно только по приглашению. Их автоматически получают члены Нобелевского комитета по физике, члены Королевской шведской академии наук – в том числе и иностранные, полные профессора и доценты физики в университетах и технических институтах скандинавских стран (в расширенном понимании, включающем помимо Норвегии, Швеции и Финляндии также Данию и Исландию), а также Каролинского института в Стокгольме.

Кроме того, право предложить кандидата предоставляется прежним лауреатам Нобелевской премии по физике, доцентам и профессорам физики в не менее чем шести университетах по всему миру (эти университеты выбирает Шведская академия наук), а также всем тем, кого академия сочтёт способным предложить адекватную кандидатуру.

Награда может быть присуждена лишь авторам статей, опубликованных в рецензируемой печати, хотя этого для присуждения важнейшей премии в мире науки, конечно, недостаточно. Открытие должно быть действительно существенным и универсально признанным мировым научным сообществом, поэтому экспериментаторы получают премию чаще теоретиков, а теоретики если и получают, то лишь за признанное объяснение известного явления. Часто – на пару с экспериментатором, подтвердившим теорию.

Кроме того, Нобелевский комитет старается давать премии лишь в том случае, если присуждение награды не вызовет споров о приоритете.

Поэтому награды редко вручают в тех областях физики, где сложно выбрать одного или нескольких учёных, которые внесли «самый большой» вклад в развитие этого направления. Правда, помогает это далеко не всегда.

Нобель в своём завещании просил присуждать премию тем, кто принёс «наибольшую пользу». Однако современная физика бывает подчас столь далёкой от практического применения, что и по-настоящему важные открытия не приносят практических выгод и через 50 лет после опубликования результатов. Нобелевский комитет нашёл выход из положения: наградой часто отмечают исследования, которые приносят пользу не столько всему человечеству, столько той его части, что занимается наукой. Пример такой опосредованной пользы человечеству – вчерашняя награда по физиологии и медицине, доставшаяся исследователям, научившимся с помощью стволовых клеток выводить мышиные модели человеческих заболеваний.

Первым лауреатом Нобелевской премии по физике стал в 1901 году Вильгельм Конрад Рентген, удостоившийся приза за открытие лучей, ныне носящих его имя. Отечественные учёные ждали первой премии ещё 57 лет, зато в 1958 году за открытие и объяснение эффекта Черенкова её получили сразу трое советских исследователей – Игорь Тамм, Илья Франк и, собственно, Павел Черенков.

Вообще, физики были наиболее удачливыми из отечественных учёных на нобелевском поприще – наша страна может похвастаться 10 лауреатами. Хотя это не так много по сравнению с десятками премий, полученных американскими учёными, 10 премий – почти половина нобелевского «золотого запаса» нашей страны. Через четыре года после упомянутых Черенкова и его коллег премию получил знаменитый теоретик Лев Ландау; к этому времени он уже попал в автомобильную аварию, после которой так и не вернулся к серьёзной научной деятельности. Ещё через два года Басов и Прохоров поделили с американцем Таунсом премию за создание лазера, а в 1978 году высшей наградой был отмечен патриарх советской физики Пётр Капица.

Последними же лауреатами стали Жорес Алфёров в 2000 году и Алексей Абрикосов вместе с Виталием Гинзбургом – в 2003-м. Примечательно, что почти половина отечественных учёных, отмеченных Нобелевской премией (Абрикосов, Гинзбург, Капица и Ландау), получили её за исследования в области низких температур. Кроме того, за классическую физику получили премии лишь первые три лауреата. Работы всех остальных относятся к квантовой физике – теоретической или экспериментальной.

В среду «Газета.Ru» расскажет об открытии, отмеченном Нобелевской премией по химии, и его авторах.