Titta

UR Samtiden - Nobelpriset 2012

UR Samtiden - Nobelpriset 2012

Om UR Samtiden - Nobelpriset 2012

Populärvetenskapliga presentationer av 2012 år pris i kemi, fysik och ekonomi. I fysik belönas två forskare för att på varsitt håll ha uppfunnit och utvecklat modeller för att styra och mäta enskilda kvantpartiklar. Kemipriset går till två amerikanska läkare som beskrivit hur kroppens celler tar emot signaler från omvärlden. Matchmaking är nyckelordet för årets ekonomipris till Alfred Nobels minne. Inspelat i oktober 2012. Arrangerat av Kungl. Vetenskapsakademien.

Till första programmet

UR Samtiden - Nobelpriset 2012: Med fokus på kvantvärldenDela
  1. God afton,
    roligt att se så många här.

  2. Jag ska försöka förklara-

  3. -vad årets Nobelpris i fysik
    handlar om.

  4. Priset gick till två män.

  5. Serge Haroche, en fransman
    som jobbar i Paris.

  6. Och David Wineland, från USA,
    från Boulder i Colorado.

  7. De är lika gamla, 68 år.

  8. Jag läser motiveringen: "För
    banbrytande experimentella metoder"-

  9. -"som möjliggör mätning
    och styrning av kvantsystem."

  10. Det är kanske lite svårt.
    Det är reaktionen vi har fått.

  11. "Oj, vad svårt."

  12. Men jag ska göra mitt bästa
    för att förklara.

  13. Så, det är...

  14. Det de har gjort
    berör två olika områden-

  15. -inom ett forskningsfält
    som heter kvantoptik.

  16. Kvantoptik handlar
    om växelverkan-

  17. -mellan atomer, molekyler, och ljus.
    Det är ett väldigt viktigt område.

  18. Allt som sker omkring oss-

  19. -är mycket växelverkan
    mellan ljus och atomer.

  20. Ni består av en massa atomer.

  21. Och sen har vi ljus
    som absorberas och reflekteras.

  22. Det är en växelverkan
    med ljusmateria.

  23. Fotosyntes, som är så viktigt,
    är ljusmateria i växelverkan.

  24. Priset handlar om
    att verkligen förstå-

  25. -ljusmaterians växelverkan
    på en väldigt fundamental nivå.

  26. David Wineland, som ni ser här...

  27. Det är experimentell fysik.
    De har jobbat i åratal-

  28. -i laboratorium med experimenten.

  29. Väldigt tekniskt avancerat.
    Här är de i sina laboratorier.

  30. David Wineland studerade
    en jon i en fälla.

  31. Med hjälp av ljus.

  32. Serge Haroche studerar ljus
    med hjälp av atomer.

  33. Här finns lite symmetri.

  34. Jag ska förklara
    först jon och sedan foton-

  35. -och sedan prata lite
    om hur det kan tillämpas.

  36. Där har ni strukturen
    på föreläsningen.

  37. Jag börjar med jonen.
    Vad är en jon?

  38. En jon är en atom
    där man tagit bort en elektron.

  39. Tar man bort
    en elektron får man en atom-

  40. -som är positivt laddad.

  41. Det som är kvar blir positivt.

  42. Hur fångar man en jon?
    Man använder elektroder.

  43. Ett elektriskt fält.

  44. Om man har en positivt laddad jon-

  45. -och en elektrod
    som är negativ-

  46. -går jonen på elektroden.
    Det funkar inte.

  47. Men om båda är positiva
    får man en kraft-

  48. -som gör att de stannar.
    Man kan ha en elektrod här.

  49. Man har elektroder
    kring de här jonerna-

  50. -så att de fångas.

  51. Men det räcker inte,
    jonerna rör sig jättefort.

  52. I rumstemperatur rör de sig i
    ljudets hastighet, 300 m/s.

  53. Man måste kyla ner dem
    så att man kan fånga dem.

  54. Man gör det med laserpulser.
    Jag beskriver det inte i detalj.

  55. Men man skickar laserpulser-

  56. -så att jonerna kyls ner.

  57. Här ser vi hur
    en liten jonfälla kan se ut.

  58. Och storleken...
    I kanten på bilden ser ni ett mynt.

  59. De är ungefär
    lika stora som ett finger.

  60. De är ganska små.

  61. I en sån här liten fälla
    kan man fånga-

  62. -några joner på en linje,
    som ni ser.

  63. Hur vet man att man fångat en jon?

  64. Man använder laserljus
    för att observera jonerna.

  65. Man använder en övergång i jonen.
    Här har vi en positiv berylliumjon.

  66. Det som visas är olika energinivåer-

  67. -hos elektroner i joner.

  68. Man kan ha en stark övergång,
    det är pilen.

  69. Det betyder att jonen
    absorberar laserljuset.

  70. Jonen som är exiterad kan deexitera
    genom att skicka ut ljus.

  71. Det heter fluorescens.

  72. På den här bilden-

  73. -ser vi tre fångade joner.
    Man ser inte jonerna själva-

  74. -utan det är ljuset
    från jonerna som man kan se.

  75. Det kan man göra
    med en vanlig kamera.

  76. Vad har då David Wineland
    och hans grupp gjort?

  77. De har fångat joner,
    och tittat på dem.

  78. Sen har de försökt
    göra vad de vill med jonerna.

  79. De har ställt jonerna
    i olika tillstånd-

  80. -och försökt flytta jonerna
    mellan tillstånd.

  81. De har kontrollerat jonerna.

  82. Jag ska förklara.

  83. Det vi ser här är ett tillstånd,
    det kallas "ner".

  84. Sen har vi en fälla, och en jon.

  85. Det är samma jon,
    men nu i tillstånd "upp".

  86. Två olika elektroniska tillstånd.

  87. Man kan sätta en jon
    i ett visst tillstånd-

  88. -med hjälp av laserpulser.

  89. Det här är kvantfysik.
    Det är otroligt intressant-

  90. -och väldigt svårt att förstå.
    De kan sätta jonen-

  91. -i två olika tillstånd samtidigt.

  92. Det kallas för
    superposition av tillstånd.

  93. Det är som om ni hade varit
    glada och ledsna samtidigt.

  94. Så funkar kvantfysik.
    En jon är både glad, uppåt-

  95. -och ledsen, neråt, samtidigt.

  96. När man skapat
    en sådan superposition-

  97. -kan man återigen
    med hjälp av laserpulser-

  98. -kan man sätta jonen
    i rörelsetillstånd.

  99. I en viss rörelse.
    Det visas här med 0 och 1.

  100. Om vi tittar på jonen
    i rörelse 0.

  101. Den rör sig på ett håll.

  102. Man kan sätta joner
    i ett rörelsetillstånd-

  103. -eller i ett annat,
    eller i båda samtidigt.

  104. Jag rör mig på ett håll-

  105. -och åt andra hållet samtidigt.
    Det är kvantfysik.

  106. Det är vad de har gjort.

  107. Jag går vidare
    till andra delen av priset.

  108. Serge Haroche och hans grupp.

  109. Det är aldrig enskilda personer
    som gör det-

  110. -utan en grupp
    på fem-sex personer.

  111. Han tittar på fotoner, ljuspartiklar.

  112. Ljus är ju vågor,
    men också partiklar.

  113. De små partiklarna kallas fotoner.

  114. Han fångade fotoner i en fälla.

  115. I detta fallet
    är fällan två speglar.

  116. Två speglar
    som kan hålla kvar ljuset.

  117. Två sfäriska speglar-

  118. -som är otroligt reflekterande.
    De bästa speglar som finns.

  119. Fotonerna försvinner inte,
    utan bara studsar fram och tillbaka.

  120. Otroligt fin kavitet, som det heter-

  121. -och en foton kan studsa där
    39 000 km-

  122. -utan att den försvinner.

  123. Den absorberas inte och
    försvinner inte ut ur kaviteten.

  124. Fotonerna har en livslängd
    på en tiondels sekund.

  125. Det är otroligt länge.

  126. Under tiden
    kan fysiker studera fotonerna.

  127. Så här ser fällorna ut
    i verkligheten.

  128. De är ett par centimeter-

  129. -och kaviteten är tre cm.

  130. Hur studerar de fotonerna?
    De använder atomer.

  131. En speciell atom, rubidium.

  132. Den är högt exiterad.

  133. Atomer i detta tillstånd
    kallas för Rydbergatomer.

  134. Med kvanttal 51 och 50.

  135. Det är ett högexiterat tillstånd-

  136. -och det gör atomen jättestor.
    Elektronerna snurrar verkligen.

  137. Ni har lärt er att
    elektroner snurrar runt kärnan.

  138. Här snurrar de väldigt långt borta.
    De är gigantatomer.

  139. De skickar atomer genom kaviteten-

  140. -och studerar genom ljusmateria,
    växelverkan, vad som händer.

  141. De preparerar atomer
    på ett visst sätt-

  142. -och analyserar atomer
    och genom detta kan de se-

  143. -vad som händer,
    hur många fotoner det finns.

  144. Finns det en foton? Noll?

  145. De kan studera
    ljusmateria och fotonfältet.

  146. De har utvecklat en metod
    för att mäta antalet fotoner.

  147. Det här är extraordinärt.
    Varför det?

  148. De kan mäta
    utan att förstöra fotoner.

  149. När vi tittar på fotoner,
    genom att ta bilder...

  150. Då mäter vi fotonerna.

  151. Men de dödas samtidigt.
    De absorberas i kameran.

  152. De går in i vår näthinna.

  153. Vi tittar på dem, vi mäter dem
    men vi dödar dem.

  154. Det är lite tragiskt.

  155. Men de kan mäta dem
    utan att förstöra dem.

  156. Det här är en mätning,
    för att visa resultaten.

  157. Man mäter fotoner via atomer.
    De tittar på atomer-

  158. -som är antingen
    i nivå ner eller nivå upp.

  159. Här är det mest blått,
    atom i nivå ner.

  160. Plötsligt är det rött,
    atom i nivå upp.

  161. Det är en foton i kaviteten.
    Här har vi noll fotoner-

  162. -och sen en foton. De mäter
    samma foton många gånger-

  163. -genom att skicka atomer.
    Här har fotonen dött.

  164. Inte på grund av mätning
    utan den har försvunnit.

  165. Sen är det noll igen.
    Det var ett viktigt resultat.

  166. Vad gör man med tekniken?

  167. Man kan göra några saker.

  168. Jag skrev
    "vetenskaplig tillämpning".

  169. Jag tänker på en viktig fråga-

  170. -som ställdes 1935 av Schrödinger-

  171. -som var en pionjär
    inom kvantfysiken.

  172. Vi är allihopa gjorda av atomer.

  173. Kvantpartiklar.

  174. Vi vet att inom kvantfysiken
    kan man ha superpositioner.

  175. Man kan vara här och där.

  176. Man kan röra sig på två håll.
    Det finns superpositioner.

  177. Varför finns de inte
    i vardagslivet?

  178. Om det fanns
    superpositioner i vardagslivet-

  179. -kan man ha en katt
    som är både död och levande.

  180. Det här kallas Schrödingers katt.

  181. Katten befinner sig i en låda,
    där det finns en flaska gift.

  182. Det finns en radioaktiv partikel
    som sönderfaller-

  183. -som kan antingen
    sönderfalla eller inte.

  184. Det radioaktiva materialet
    är kopplat till en hammare-

  185. -som slår sönder giftflaskan.

  186. Man kan ha en katt
    som är både död och levande.

  187. Det är en paradox. Vi vet att
    det finns ingen sådan superposition.

  188. Så hur kan man förstå-

  189. -det som finns inom kvantfysik-

  190. -och hur det går till när man har
    allt större partikelsamlingar?

  191. Tills man är i vardagslivet
    och har klassisk fysik?

  192. Det är gränsen mellan kvantmekaniska
    och klassiska världar-

  193. -som illustreras i paradoxen.

  194. Med de tekniker de utvecklat-

  195. -där man verkligen
    kan titta på gränsen...

  196. De har byggt superpositioner
    av död och levande katt.

  197. Naturligtvis inte katter,
    men fotoner.

  198. De har byggt en superposition
    av två olika fält-

  199. -som ser ut som Schrödingers katt.

  200. Jag ska visa ett resultat
    från Haroches grupp.

  201. Det ni har här,
    som ser ut som körsbär-

  202. -är egentligen superpositioner
    av kattliknande tillstånd.

  203. De visar en nedåtgående kurva.

  204. Den visar hur-

  205. -den kvantmekaniska
    superpositionen deexiteras.

  206. Som funktion av tid.
    På grund av kontakt med omgivningen-

  207. -tappar ett kvantmekaniskt tillstånd
    sina kvantegenskaper-

  208. -och blir ett klassiskt föremål.

  209. En annan tillämpning
    är att den kontroll-

  210. -de har åstadkommit
    på kvanttillstånden-

  211. -är ett första steg
    mot en kvantdator.

  212. Vad är då en kvantdator?

  213. Det är än så länge
    en dröm bland fysiker.

  214. Man vill kunna bygga en kvantdator.

  215. Vad är skillnaden mot
    en klassisk dator?

  216. En klassisk dator
    jobbar med bitar, noll och ett.

  217. Den räknar med bitar.

  218. Idén bakom kvantdatorn
    är att den jobbar med en kvantbit.

  219. Det är en superposition,
    noll eller ett-

  220. -men även alla superpositioner
    av noll och ett.

  221. Det här är en formel
    man använder inom kvantmekanik.

  222. Det är superposition
    av noll och ett.

  223. Man har mycket mer att spela med
    än bara noll och ett.

  224. Det finns en inbyggd parallellisering
    i en kvantdator-

  225. -som är väldigt intressant
    för vissa saker.

  226. Det finns förutsägelser som visar-

  227. -att en kvantdator skulle kunna-

  228. -beräkna mycket fortare
    än en klassisk dator.

  229. Vi är inte där än. Det här är
    system till en kvantdator.

  230. Som jon i en fälla. Det är
    det mest avancerade kvantsystem-

  231. -som kan användas.

  232. Upp till 14 kvantbitar-

  233. -som pratar med varandra
    och som kan räkna.

  234. Vi är långt ifrån alla de bytes-

  235. -som finns i en klassisk dator,
    men det kanske kommer.

  236. En annan tillämpning...

  237. Det är från David Winelands
    arbete med joner.

  238. Tillämpningen finns idag.

  239. Den ligger inte långt fram i tiden.

  240. Det är en optisk jonklocka.

  241. Hur mäter man tid?
    Tiden som passerar?

  242. Om ni har en gammal klocka...

  243. Något som låter "tick-tack"
    så mäter ni tiden så.

  244. Ju snabbare oscillationen går
    desto noggrannare kan man mäta tid.

  245. Standard för tidsmätning idag-

  246. -är ett cesiumur.

  247. Ett cesiumur fungerar
    på mikrovågsnivå.

  248. Man mäter tiden genom svängningar-

  249. -på mikrovågsnivå.

  250. Med kontrollen som Wineland
    har åstadkommit med joner-

  251. -kan man använda
    en övergång i en aluminiumjon-

  252. -som är på synlig nivå.
    Det är en mycket högre frekvens.

  253. Man har tiotusen fler oscillationer
    att mäta tiden med-

  254. -med den här metoden.
    Så med jontekniken-

  255. -kan man få en noggrannhet
    på 10 upphöjt till -17.

  256. Om en sådan klocka
    hade existerat sedan Big Bang-

  257. -hade den gått fel
    med högst fem sekunder.

  258. En otroligt noggrann klocka.

  259. Lite detaljer om hur det funkar.

  260. Det är en övergång
    i en positiv aluminiumjon.

  261. Frekvensen anges i petahertz,
    en enhet med smal bandbredd-

  262. -så att frekvensen
    är väldigt noga bestämd.

  263. Vågorna ska vara väldigt fina
    när man mäter tid.

  264. Han använder egentligen
    två olika joner i en fälla.

  265. En jon som håller tiden-

  266. -och en annan jon, som beryllium,
    som finns i fällan-

  267. -för att kunna kylas.

  268. Jonerna måste som sagt
    vara väldigt kalla-

  269. -för att prata med varandra
    och "läsa av" tiden.

  270. Det heter kvantlogikspektroskopi.

  271. En väldigt fin tillämpning
    av jontekniken.

  272. Vad gör man
    med en så noggrann klocka?

  273. Man kan till exempel undersöka-

  274. -relativistiska effekter
    i vardagslivet.

  275. De mätte till exempel
    om man är på olika höjd...

  276. Enligt Einsteins relativitetsteori-

  277. -går tiden lite olika
    på olika höjder.

  278. Det är väldigt lite.
    Om ni mäter här och där-

  279. -ser ni ingen skillnad.

  280. Men de ser skillnaden. Otroligt.

  281. Med en tidsskillnad på 30 cm
    går tiden lite olika.

  282. De mäter skillnad
    i gravitationsfält.

  283. Väldigt små skillnader.
    En annan sak de kan göra...

  284. Om ni åker någonstans
    med olika hastighet-

  285. -ser man samma sak:
    tiden går lite annorlunda.

  286. Åker ni bil härifrån
    eller stannar här-

  287. -kommer ni inte
    att se någon skillnad.

  288. De kan mäta skillnader
    på bara några km/h.

  289. Det är såna effekter man kan mäta
    med en så noggrann klocka.

  290. Med det tackar jag för mig.

  291. Tack så mycket, Anne.

  292. Här går tiden fort
    men vi har tid med två frågor.

  293. Det är väl så att relativitetsteorin-

  294. -och kvantfysiken inte är förenliga.

  295. -Det var en svår fråga.
    -Om man har en kvantklocka...

  296. ...och mäter relativistiska
    skillnader förenas ju teorierna.

  297. Man får tänka
    att här använder man en klocka.

  298. Inte en kvantklocka,
    utan en extremt noggrann klocka.

Vill du länka till en del av programmet? Välj starttid där spelaren ska börja och välj sluttid där den ska stanna. 

Länken till ditt klipp hamnar i rutan "Länk till klipp".

Med fokus på kvantvärlden

Produktionsår:
Längd:
Tillgängligt till:

Nobelpriset i fysik 2012 går till Serge Haroche och David J Wineland. De belönas för sin forskning om hur man kan bemästra ljuspartiklar i den kvantfysiska världen. Professorn i atomfysik Anne L' Huillier berättar om de praktiska tillämpningar som kan komma ut av årets nobelpris. Forskningen de båda pristagarna ligger bakom har redan gett oss de mest exakta klockor vi någonsin sett. Och i framtiden kommer vi med stor sannolikhet att få uppleva så kallade kvantdatorer som kommer att vara betydligt snabbare än dagens. Inspelat i oktober 2012. Arrangerat av Kungl. Vetenskapsakademien.

Ämnen:
Fysik
Ämnesord:
Fysik, Kvantfysik, Kvantteori, Matematisk fysik, Naturvetenskap, Nobelpriset i fysik, Teoretisk fysik
Utbildningsnivå:
Högskola

Alla program i UR Samtiden - Nobelpriset 2012

Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Nobelpriset 2012

Matchningsteori belönas

Matchning är det centrala begreppet för 2012 års ekonomipris till Alfred Nobels minne. Tack vare amerikanerna Lloyd Shapley och Alvin Roths teorier kan människor få hjälp att välja rätt skola, hitta lämplig äktenskapspartner och söka efter en passande njure för transplantation. Tore Ellingsen, professor i nationalekonomi, berättar.

Produktionsår:
2012
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Nobelpriset 2012

Med fokus på kvantvärlden

Fysikpristagarna Serge Haroche och David J Wineland belönas för sin forskning om hur man kan bemästra ljuspartiklar i den kvantfysiska världen. Professorn i atomfysik Anne L'Huillier berättar om de praktiska tillämpningar som kan komma ut av årets nobelpris. I framtiden kommer vi med stor sannolikhet att få supersnabba kvantdatorer.

Produktionsår:
2012
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning
Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Nobelpriset 2012

Cellernas sinnrika mottagare

Kemipristagarna Robert J Lefkowitz och Brian Kobilka har beskrivit hur det går till när kroppens celler tar emot signaler från omvärlden. Professorn i fysikalisk kemi Sara Snogerup Linse berättar om de sinnrika mottagare som finns placerade på cellernas yta. Dessa kan beskrivas som ett slags telefonväxel som kan ta emot meddelanden och sedan skicka dem vidare till rätt mottagare.

Produktionsår:
2012
Utbildningsnivå:
Högskola
Beskrivning

Mer högskola & fysik

Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Humanist- och teologdagarna 2014

Tala med utomjordingar

Finns det intelligenta varelser på andra planeter? David Dunér, professor i idé- och lärdomshistoria, är en av dem som intresserar sig för astrobiologi - ett mångvetenskapligt forskningsområde där man söker efter förutsättningar för liv i rymden. Inspelat den 11 april 2014. Arrangör: Lunds universitet.

Spelbarhet:
UR Skola
Längd:
TittaUR Samtiden - Toppforskare presenterar sin forskning

Att forska om mörk materia

Att forska om mörk materia är bland det mest spännande man kan göra, tycker Katherine Freese som är professor i fysik vid Stockholm universitet. Här berättar hon hur vår galax ser ur och hur hon som professor hamnade i Sverige. Inspelat den 16 mars 2015 på Nalen, Stockholm. Arrangör: Vetenskapsrådet.

Fråga oss