2025 års Nobelpris går till forskning som undersöker en förbryllande kvantmekanisk egenskap: tunnling. I mitten av 1980-talet genomförde fysikerna John Clarke, Michel H. Devoret och John M. Martinis en serie banbrytande experiment med supraledande elektriska kretsar. De kunde observera hur hela systemet betedde sig som en enda kvantpartikel, trots att det bestod av ett mycket stort antal partiklar. Kretsen kunde leda ström genom att ”tunnla” sig ut ur sitt ursprungliga tillstånd, precis som kvantmekaniken förutspår att en enskild partikel kan göra.

– Detta var milt uttryckt mitt livs största överraskning. Vi insåg aldrig att detta skulle kunna ligga till grund för ett Nobelpris, säger pristagaren John Clarke på telefon under presskonferensen.

Tunnling är en kvantmekanisk effekt som ligger bakom flera viktiga fenomen i naturen, som exempelvis radioaktivt sönderfall. Fenomenet analyserades teoretiskt i slutet av 1920-talet för att förstå hur partiklar kunde röra sig genom olika barriärer som de enligt den klassiska fysikens lagar inte ska kunna göra.

Enligt kvantmekaniken finns det alltid en viss sannolikhet för att en partikel kan befinna sig ”på andra sidan” av en barriär, eftersom partikelns vågfunktion inte är helt noll där. Detta sker exempelvis i solens inre när två protoner kan tunnla sig genom den elektriska barriären som förhindrar dem att komma alltför nära varandra. Därefter kan de smälta samman och solens fusion fortgå.

Det speciella med årets Nobelpris är att det handlar om hur denna kvantmekaniska tunnling har observerats på en makroskopisk nivå för ett system som består av miljarder partiklar.

Eva Lindroth, professor i fysik vid Stockholms universitet och medlem i Nobelkommittéen för fysik, förklarar:

– Det är inte ett teknologiskt motiverat Nobelpris. Det här experimentet är oerhört intressant för att det säger någonting om var gränsen går mellan den kvantmekaniska världen och vår vanliga värld. På ena sidan är allting suddigt och där finns Schrödingers katt som både är levande och död. På den andra sidan finns den vanliga världen där allting är solitt. Men var går gränsen?

Pristagaren John Clarke lyfter fram fysikern Anthony J. Leggetts forskning om supraledning som avgörande för att de skulle kunna göra sina experiment. Leggett fick också Nobelpriset i fysik 2003.

Tillsammans med sin doktorand John M. Martini och forskaren Michel H. Devoret utvecklade John Clarke en speciell experimentuppställning. En supraledare är ett material där en ström kan flöda utan något motstånd. Detta sker då elektronerna i ledaren bildar särskilda par och går ihop till en kollektiv enhet: ett kvantmekaniskt kondensat. Elektronernas individuella egenskaper upplöses i kondensatets kollektiva beteende.

Genom att placera en liten barriär i ledaren (en så kallad Josephsonövergång, vars introduktion belönades med Nobelpriset år 1973) gick det att placera detta kondensat i två kvantmekaniska tillstånd: ett där det inte fanns någon elektrisk spänning, och ett där det fanns en liten spänning.

Nobelpristagarna kunde sedan mäta hur det supraledande systemet kunde tunnla från det spänningslösa tillståndet till det med en spänning. När de bestrålade systemet med mikrovågor kunde de dessutom se att det hade diskreta energinivåer på exakt ett sådant sätt som kvantmekaniken förutsäger för enskilda partiklar. De hade uppmätt makroskopisk kvantmekanisk tunnling.

– Deras apparat innehåller ett kvadratcentimeter stort chip och involverar ett kondensat med miljarder partiklar. Det var det största då, säger Eva Lindroth.

I sitt pressmeddelande lyfter Nobelkommittén för fysikpriset fram att den forskning som belönas i år ”har bidragit till utvecklingen av nästa generation av kvantteknik, som kan ge oss redskap som kvantkryptografi, kvantdatorer och kvantsensorer”.

– Kvantmekaniken betyder jättemycket för den finns ju överallt i vår vardag: från LED-ljus och lasrar till dioder och transistorer, säger Eva Lindroth.

Priset är också väl tajmat, eftersom kvantmekaniken formulerades för 100 år sedan. UNESCO har utropat 2025 till International Year of Quantum Science and Technology.

”Det är fantastiskt att få fira att den hundra år gamla kvantmekaniken hela tiden bjuder på nya överraskningar”, säger Olle Eriksson, ordförande i Nobelkommittén för fysik, i ett pressmeddelande.

När Nobelkommittén för fysik skulle få tag på pristagarna fick de dock problem.

– Vi höll på att ringa i över en timme. Till slut svarade John Clarke, säger Eva Lindroth.

Pristagarna bor i Kalifornien, och där var det mitt i natten då Kungliga Vetenskapsakademiens ständige sekreterare Hans Ellegren försökte få tag på dem. De övriga pristagarna svarade inte innan presskonferensen.

– Jag har själv inte telefonen på natten precis, säger Eva Lindroth.