100 aastat Nobeli füüsikapreemiaid

Arved Sapar
Tartu Observatoorium

Alfred Nobel (21.10.1833 - 10.12.1896)

Sündis Uppsalas. Enamiku aega elas Venemaal, Saksamaal, Prantsusmaal ja Itaalias.
Keemik ja insener, naftamagnaat ja sõjatööstur.
Dünamiidi (nitroglütseriin + diatomiit) ning ballistiidi (suitsuta püssirohi) leiutaja. Vallaline.

Testamendi alusel:
Kogu raha panga väärtpaberitesse (tollal 9 M $, n ¨ u ¨ u d 120 M$ ). Intressidest 10% fondikasv, põhiosa 5 võrdseks preemiaks:

tähtsate inimkonnale kasulike avastuste ja leiutuste eest
füüsika,
keemia ning
füsioloogia & meditsiini alal;
parimate idealistliku tendentsiga kirjandusteoste eest,
tegevuse eest rahvaste vendluse, armeede vähendamise, rahuliikumise edendamisel.

Preemia jagatakse max 3 laureaadile (1, 1/2+1/2, 1/3+1/3+1/3, 1/2+1/4+1/4).

Stardipositsioon XX sajandi füüsikas:

väljaarendatud mehhaanika (Newton, Hamilton, Lagrange jt),

detailne klassikaline termodünaamika ja statistiline füüsika (Boltzmann, Gibbs jt),
Lorentz-invariantsed elektrodünaamika võrrandid (Maxwell),
kõrge matemaatiline kultuur (näit. diferentsiaalvõrrandid, nende omaväärtused ja omafunktsioonid),
väljakujunenud laboratoorse eksperimenteerimise tehnika, võtted ja printsiibid.

Nobeli preemiad

0. Soojuspaisumise rakendused

1912	G. Dalén, Stockholm, automaatsed gaasiregulaatorid majakates ja boides
1920	Ch. E. Guillaume, Sévres, täppismõõtmised, anomaalsed (Ni ja terase) sulamid (invar ja teised)

1. Elektromagnetiline kiirgus

1a. Infolevi raadiosagedustel

1909	G. Marconi, London, F. Braun, Strasburg, panus raadiosidesse (saatja ja detektor)
1928	0. W. Richardson, London, termoionisatsiooni (R.) seadus dioodis
1947	E. V. Appleton, London, raadiolainete murdumine ionosfääris, Appletoni kiht (intreferentsist)
1974	M. Ryle, Cambridge, raadioteleskoopide apertuuri-süntees (kõrgeristuseks)
1974	A. Hewish, Cambridge, otsustav osa pulsarite avastamisel
1993	R. A. Hulse, Princeton U. J. H. Taylor, Jr., Princeton U.,. neutrontähtedest lähiskaksikpulsari avastamine, grav.lainete allikas ( orbitaalperioodi muutusest)
1978	A. A. Penzias, Holmdel, N. J., R. W. Wilson, Holmdel, N. J., kosmoloogiline kiirgusfoon

1b. Röntgenikiired

1901	W.C. Röntgen, München, X-kiirte avastamine (katoodkiirte torus)
1914	M. von Laue, Frankfurt, X-kiirte difraktsioon kristallides (laineolemus, faasivahed läbimisel)
1915	W. H. Bragg, London, W. L. Bragg, Manchester, kristalli struktuuri analüüs X-kiirte abil
1917	C. G. Barkla, Edinburgh, elementide karakteerne röntgenikiirgus
1924	M. Siegbahn, Uppsala, avastused X-kiirte spektroskoopias (elektronkihtide asend ja täitumisjärjestus Mendelejevi tabelis)

2. Indutseeritud kiirguse füüsika

1908	G.Lippmann, Pariis, interferentsil baseeruv värvifotograafia (faasivahed ja pööratavus)
1921	A. Einstein, footonkoherents indutseeritud elektronsiiretel (kaudselt!) (sama faasiga lained)
1964	Ch. H. Townes, MasTech, Cambridge, Mass., N. G. Basov, Moskva, A. M. Prokhorov, Moskva, maser-laser võimendid ja vastav kvantelektroonika
1966	A. Kastler, Pariis, aatomite hertsresonantside optilised uuringud (topeltresonants & opt. pumpamine, polarisats.)
1971	D. Gabor, London, holograafia avastamine ja arendus (3-dimensionaalne pilt koherentskiirguses)
1981	N. Bloembergen, Harvard U., (kristallmaser, mittelineaarne kvantoptika) A. L. Schawlow, Stanford U., (värvlaser, $λ$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img1.gif" style="height:17px; width:14px" /> timmitav) laserspektroskoopia arendus
2000	Zh.I. Alferov, St.Petersburg, H. Kroemer, U. California, pooljuhtheterostruktuurid ülikiires elektroonikas (transistorid: sat.sides, moblajaamades) ja opto-elektroonikas (laserdioodid: Interneti fiibervõimendeis, plaadisalvestites jne.)

3. Kiirgusefektid

1902	H. A. Lorentz, Leiden, (elektronteooria, el. väli keskkonnas, L.teisendused) P. Zeeman, Amsterdam, (spektrijoonte lõhenemine ja nihe , Zeemani efekt) kiirgusnähud magnetväljas
1919	J. Stark, Greifswald, spektrijoonte lõhenemine elektriväljas (Starki efekt) & Doppleri efekt (anoodkiirtes)
1927	A. H Compton, Chicago, footonite komptonhajumine (footon=osake: X-kiirte hajumine elektronidel Wilsoni udukambris)
1930	V. Raman, Calcutta, valguse kombinatsioonhajumine ( molekulides)
1958	P. A. Tserenkov, Moskva, I. M. Frank, Moskva, I. E. Tamm, Moskva, Tserenkovi efekt (pidurduskiirgus kui $v > c / n$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img2.gif" style="height:33px; width:62px" />)
1961	R. L. Mössbauer, München, $γ$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img3.gif" style="height:30px; width:14px" />-kiirguse resonantsneeldumine ja Mössbaueri efekt (impulss kristallile $Δ λ \approx 0$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img4.gif" style="height:17px; width:59px" />)

4. Osakeste trekitajurid

1927	C. T. R. Wilson, Cambridge, Inglismaa, udukamber (veeauruga)
1936	V. F. Hess, Innsbruck, kosmiline kiirgus (elektroskoobiga balloonidelt)
1948	P. M. S. Blackett, Manchester, Wilsoni udukambri täiustamine (Geigeri loendurite kointsidents-triger fotograafa, $e^{-} e^{+}$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img5.gif" style="height:17px; width:43px" />-paarid kosmilises kiirguses)
1950	C. F. Powell, Bristol, tuumaemulsioonid ja ja avastused nendega mesonite kohta ( $π$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img6.gif" style="height:16px; width:15px" /> lagunemine $μ$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img7.gif" style="height:30px; width:15px" />-deks)
1954	W. Bothe , Heidelberg, kointsidentsi meetod ja avastused (kosmilises kiirguses tekkivate osakeste kohta)
1960	D. A. Glaser, Berkeley, Cal., (H) mullikamber
1968	L. W. Alvarez, Berkeley, Cal., resonantsosakeste avastamine H mullikambriga ja uudse töötlusega (fotode skaneerimine & kompuutertöötlus)
1992	G. Charpak, Pariis & CERN, kannelkamber (multiwire proportional chamber)

5. Mikroskoobid

1953	F. Zernike, Gröningen, faasikontrasti meetod ja mikroskoop
1986	E. Ruska, Berlin, teened elektronoptikas ja I elektronmikroskoop,
1986	G. Binnig, Zürich, H. Rohrer , Zürich, skaneeriv tunnelmikroskoop

6. Ülitäpsed mõõtmistehnoloogiad

1907	A. A. Michelson, Chicago, optilised täpsusriistad ja mõõtmised , $N_{λ}$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img8.gif" style="height:31px; width:27px" />,c
1989	N. F. Ramsey, Harvard U., eraldatud ostsilleerivate väljade meetod, selle kasutamine H maseris ja aatomkellades
1989	H. G. Dehmelt, U. Washington, Seattle, W. Paul, Bonn, ioonlõksu tehnika väljatöötamine
1997	S. Chu, Stanford U., C. Cohen-Tannoudji, Pariis W. D. Phillips, NIST, laservalgusega aatomite püüdmise ja jahutamise meetod

7. Pooljuhtide füüsika normaaltingimustes

1973	L. Esaki, N.Y., tunnelefekt pooljuhtides
1956	W. Shockley, Pasadena, Cal, J. Bardeen, Urbana, W. H. Brattain, Murray Hill, N. J., transistorefekt pooljuhtides
2000	J.S. Kilby, Texas Instruments Dallas, integraalskeemide (chip) leiutamine

8. Füüsika ekstremaaltingimustes

1910	J. D. van der Waals, Amsterdam, olekuvõrrand gaasidele ja vedelikele
1913	H. Kamerlingh Onnes, Leiden, aine madalatel temperatuuridel ja He⁴ vedeldamine
1962	L D. Landau, Moskva, kondenseeritud aine (tihkaine) ja vedela He teooria
1978	P. L Kapitsa, Moskva, avastused madalate temperatuuride füüsikas
1996	D. M. Lee, Cornell U., Douglas D. Osheroff, Stanford U., Robert C. Richardson, Cornell U., He³ ülivoolavuse avastamine
1972	J. Bardeen, Urbana, Ill., L. N. Cooper, Providence, R. I., J. R. Schrieffer, Philadelphia, Penn., ülijuhtivuse teooria (Cooperi elektronpaarid)
1987	G. Bednorz, Zurich, K. A. Müller, Zurich, (kõrgtemperatuurne) ülijuhtivus keraamilistes ainetes
1946	P. W. Bridgman, Harvard U., kõrgrõhuaparatuuri leiutamine ja avastused sellega
1973	I. Giaever, N.Y., tunnelefekt ülijuhtides
1973	B. D. Josephson, Cambridge, tunnelbarjääri läbiva supervoolu omaduste teooria, incl. J. efekti ennustava teooria väljatöötamine
1985	K. von Klitzing, Stuttgart, kvantiseeritud Hall'i efekti avastamine
1998	R. B. Laughlin, Stanford U., Horst L Störmer, Columbia U., Daniel C. Tsui, Princeton U., kvantvedelik murdlaenguliste (Hall'i) ergastustega

9. Osakeste ja keskkonna korrastatuse omadused

1943	O. Stern , Pittsburgh, Pa., molekulkimpude meetod, prootoni magnetmoment
1952	F. Bloch , Stanford U., Cal., E. M. Purcell , Harvard U., tuuma magnetomaduste mõõtmised ja seejuures tehtud avastused
1970	L. Néel , Grenoble, avastused antiferro- & ferrimagnetismis
1977	Ph. W. Anderson, Murray Hill, N.J., N. F. Mott, Cambridge, Inglismaa J. H. Van Vleck, Cambridge, Mass., magnetiliste ja korrastamata süsteemide elektronstruktuur
1982	K. G. Wilson, Cornell U., kriitilised nähtused faasisiiretel
1991	P.-G. de Gennes, Pariis, korrastatusenähtuste üldistamine lihtsatelt süsteemidelt vedelkristallidele ja polümeeridele

10. Vedelike ja plasma füüsika

1926	J. Perrin, Pariis, settetasakaal
1970	H. Alfvén, Stockholm, avastused magneto-hüdrodünaamikas
1983	S. Chandrasekhar, U. Chicago, tähtede struktuuri ja evolutsiooni füüsika

11. Elektron ja ta laineoptika

1905	P. Lenard, Kiel, katoodkiired
1906	J. J. Thomson, Cambridge, gaaside elektrijuhtivus ; m/e, m/M
1923	R. A. Millikan, Pasadena, Cal., elektroni laeng ja fotoelektriline efekt
1925	J. Franck, Göttingen, G. Hertz, Halle a. S., elektronide aatomitel põrkumise seadused
1937	C. J. Davisson, New York, G. P. Thomson, London, elektronide difraktsioon kristallide toimel
1981	Kai M. Siegbahn, Uppsala U., kõrglahutuslik elektronspektroskoopia

12. Tuuma(de)füüsika

1904	Lord Rayleigh, London, gaaside tihedused ja argooni avastamine
1904 Keem.	Sir W. Ramsay, inertsete gaasiliste elementide avastamine
1903	H. A. Becquerel, Pariis, spontaanse radioaktiivsuse avastamine,
1903	P. Curie, Pariis, M. Curie, Pariis, radioaktiivsuse uuringud
1911 Keem.	M. Curie, Pariis, Ra & Po avastamine
1922 Keem.	F.W. Aston, Cambridge, mass-spektrograafi leiutamine
1934 Keem.	H.C. Urey, New York, deuteeriumi avastamine
1935	J. Chadwick, Liverpool, neutroni avastamine
1938	E. Fermi, Rooma, uute radioaktiivsete elementide saamine reaktsioonidel aeglaste neutronitega
1939	E. O. Lawrence, Berkeley, Cal., tsüklotron ja uued radioaktiivsed elemendid
1951	J. D. Cockcroft, Harwell, E. T. S. Walton, Dublin, tuumamuunded kiirendatud osakeste mõjul
1961	R. Hofstadter, Stanford U., Cal., nukleonide struktuur elektronide hajumiseksperimendist kiirendis
1963	E. P. Wigner, Princeton U., N. J., fundamentaalsümmeetria printsiibid,
1963	M. Goeppert-Mayer, La Jolla, Cal., J. H. D. Jensen, Heidelberg, avastused tuuma kihtstruktuurist
1967	H. A. Bethe, Cornell U., N. Y., tuumaenergia vabanemine tähtedes
1975	A. Bohr, Kopenhaagen, B. Mottelson, Kopenhaagen, J. Rainwater, New York, aatomituuma struktuur
1983	W. A. Fowler, CalTech, universumis elemente loovad tuumareaktsioonid
1944	I.I. Rabi, New York, aatomituumade magnetresonants
1994	B. N. Brockhouse, McMaster U., neutronspektroskoopia (hajutamistehnika väljatöötlus)
1994	C. G. Shull, MasTech, neutroni difraktsiooni tehnika

13. Kvantmehhaanika

1911	W. Wien, Würzburg, soojuskiirguse seadused (Boltzmann: $E = k T / 2$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img9.gif" style="height:33px; width:78px" />, Wien: $k T = c_{1} ν_{m a x}$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img10.gif" style="height:32px; width:99px" />)
1918	M. Planck, Berliin, energia kvandid $(E = h ν)$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img11.gif" style="height:33px; width:73px" />
1908 Keem.	E. Rutherford, tuumade ja aatomite elektronkestade mõõt(m)ed
1921	A. Einstein, Berliin, teened teoreetilisele füüsikale, $E^{2} + (c p)^{2} = (m_{0} c^{2})^{2}, E = m c^{2},$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img12.gif" style="height:36px; width:241px" /> fotoelektriline efekt $h ν = E_{i o n} + E_{k i n})$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img13.gif" style="height:33px; width:140px" />
1922	N. Bohr, Kopenhaagen, aatomite (planetaarne) struktuur ja nende kiirgus $L = l ℏ, r_{n} = n^{2} r_{1}, E_{n} = E_{1} / n^{2}$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img14.gif" style="height:36px; width:231px" />
1929	L. V. de Broglie, Pariis, elektronide laineline iseloom $\to p = ℏ \to κ, ψ = e^{i (E t - \to p \to x) / ℏ},$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img15.gif" style="height:38px; width:181px" /> ${^p}_{i} = i ℏ \frac{\partial}{\partial x_{i}},^E = - i ℏ \frac{\partial}{\partial t}$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img16.gif" style="height:40px; width:171px" />
1932	W. Heisenberg, Leipzig, kvantmehhaanika ja vesinikumolekulide (para-orto) allotroopia
1933	E. Schrödinger, Berlin, $^E ψ = E ψ$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img17.gif" style="height:40px; width:77px" /> P. A. M. Dirac, Cambridge, $((γ_{j} {^p}_{j} + i m c) ψ = 0)$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img18.gif" style="height:33px; width:153px" /> uuekujulised aatomiteooriad
1936	C. D. Anderson, Pasadena, Cal., positron
1959	E. Segré, Berkeley, Cal. O. Chamberlain, Berkeley, Cal., antiprooton
1945	W. Pauli, Zürich, keeluprintsiip ehk Pauli keeld (fermionidel iga kvantseisundi asustatus < 1)
1954	M. Born, Edinburgh, lainefunktsiooni statistiline interpretatsioon $\| ψ \|^{2} = W$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img20.gif" style="height:36px; width:74px" />, s.o. tõenäosus

14. Kvantväljateooria

1955	W. E. Lamb, Stanford U., Cal., nihked vesiniku spektri peenstruktuuris,
1955	P. Kusch, New York, nihked elektroni magnetmomendis
1965	S. Tomonaga, Tokyo, J. Schwinger, Cambridge, Mass, R. P. Feynman, Pasadena, Cal., süvatagajärgedega fundamentaaluuringud kvantelektrodünaamikas
1979	Sh. L. Glashow, Harvard U., A. Salam, Trieste & London, S. Weinberg, Harvard U., panus elektronõrga interaktsiooni ühendteooriasse, sealhulgas nõrga neutraalse voolu ette-ennustus
1999	G. 't Hooft, Utrecht, M.J.G. Veltman, Bilthoven, Holland, elektronõrga interaktsiooni kvantstruktuuri seletus

15. Subnukleaarsete osakeste füüsika

1949	H. Yukawa, Kyoto, tugeva mõju vahendajate(piionite) ette-ennustus (r=ct, $h = m_{π} c^{2} t, m_{π} \approx 250 m_{e}$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img21.gif" style="height:36px; width:183px" />?)
1957	T. D. Lee, Columbia U., New York, N. Y., Ch. N. Yang, Princeton, N. J., paarsuse mittejäävuse tähtis seadus, $P \| τ ⟩ \neq \| τ ⟩$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img22.gif" style="height:33px; width:81px" />
1980	J. W. Cronin, Chicago, Ill., V. L. Fitch, Princeton, N. J., sümmeetria rikkumised K $^{0}$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img23.gif" style="height:19px; width:12px" />-mesonite lagunemisel $C P \| K^{0} ⟩ \neq \| K^{0} ⟩$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img24.gif" style="height:36px; width:122px" />
1969	M. Gell-Mann, CalTech, Pasadena, Cal., elementaarosakeste klassifikatsioon ja vastasmõjud Su(3) sümmeetriarühm tugevas mõjus, 3-kvarki annavad nukleonid: $p = u u d, n = d d u$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img25.gif" style="height:32px; width:131px" />
1976	B. Richter, Stanford, Cal., S. C. C. Ting, Cambridge, Mass., panus uut tüüpi raskete elementaarosakeste avastamisse: (sarmooniumi $(c ¯ c)$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img26.gif" style="height:33px; width:32px" /> avastamine)
1984	C. Rubbia, CERN, Geneva, S. Van der Meer, CERN, Genf, panus nõrga mõju vahendajate, $W^{\pm}$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img27.gif" style="height:17px; width:34px" /> ja $Z^{0}$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img28.gif" style="height:18px; width:25px" /> bosonite avastamisse
1988	L. Lederman, Batavia, IL, M. Schwartz , Mountain View, CA, J. Steinberger, Genf, neutriino kimbu meetod ,neutriino $ν_{μ}$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img29.gif" style="height:30px; width:22px" /> avastamine (ka leptonite II generatsiooni dubletsus)
1990	J. I. Friedman, MasTech, H. W. Kendall, MasTech, R. E. Taylor , Stanford U., elektronide mitteelastne süvahajumine prootonitel: panus osakeste kvarkmudelisse
1995	M. L. Perl, Stanford U., $τ$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img30.gif" style="height:16px; width:14px" /> leptoni (III generatsioon) avastamine
1995	F. Reines, U. California, neutriino $ν_{e}$ " src="http://www.fyysika.ee/pildid/img31.gif" style="height:30px; width:20px" /> avastamine (ammuilma)

Nobeli preemia jäi andmata

1916, 1931, 1934, 1940, 1941, 1942

Nobeli preemia (1 M$) on 10% Bill Gatesi päevatulust.

Multilaureaatsed perekonnad füüsikas

Thomson, Bragg, Bohr, Siegbahn - isa ja poeg

Suurim perekondlik Nobeli preemia kontsentratsioon:

Marie Curie (Füüsika&Keemia) ja Pierre Curie (Füüsika),

tütar Irene Joliot-Curie (Keemia), tema abikaasa F.Joliot (Keemia&Rahu)

tütre Eve abikaasa H. R. Labouisse (Rahu - UNICEF).

Laureaatiderohkeimad tsentrid

10 - Pariis, Stanford

8 - Cambridge (GBr)

7 - Moskva, London

6 - Harvard, New York, Princeton

5 - Berkeley, Berliin, Pasadena,

4 - Chicago, Cornell, Genf, Massachusetts IT, Zürich

3 - Kopenhagen

Laureaatide jaotus riikide järgi

73 - USA

22 - Suurbritannia

18 - Saksamaa

12 - Prantsusmaa

10 - Sveits

8 - Venemaa

7 - Holland

4 - Rootsi

3 - Taani

2 - Jaapan

1 - Austria, India, Itaalia, Iirimaa, Kanada

Jaotus füüsikapreemia rahaosaku järgi

47 täispreemiat,

61 poolpreemiat,

36 kolmandikpreemiat,

18 veerandpreemiat (1/2+1/4+1/4)

Laureaatide üldarv - 162, (Bardeen 2korda)

Nobeli füüsikapreemia laureaatide panuse klassifikatsioon

uute füüsikaseaduste avastamine,
uute füüsikaliste nähtuste (efektide) avastamine,
uut tüüpi füüsikaliste objektide avastamine,
uut tüüpi teaduslike uurimisseadmete (aparatuuri) leiutamine (ehitamine)
uute uurimismeetodite kasutuselevõtt
ülaltoodud avastus-leiutustegevuse kombinatsioonid

Tüüpiline Nobeli teadusepreemia laureaat

Varasest noorusest väljapaistvate vaimuannetega.

Ülikooli lõpetanud vähemalt 20-aastasena.

Valib juhendajaks väljapaistva teadlase või vastupidi.

Doktorikraadi saab ca 25-aastasena.

Põhiavastused teeb enne 35. eluaastat.

Nobeli preemia on omistatud 1 - 55 aastat hiljem.

Iga füüsikapreemia saamisel : 25 -78 a.

Liikumapanev jõud: soov mõelda ja katsetada, et mõista.

Lõppmärkmed

Igavesed peaprobleemid teaduses:

Universumi, elu ja teadvuse teke ning areng

Taktikalised peaprobleemid teaduses:

edendada inimkonna ainelist heaolu, meditsiini ning

vaimset kultuuri ja moraali

Lugemismaterjale

http://www.nobel.se/

EF(S) aastaraamatud

Ajakirjast Horisont artiklivalik

V. Tsolakov. Nobelevskie premii, Mir 1986.

J. Lõhmus, L. Palgi. Osakestest osakestes, Valgus 1985

H. Käämbre. Laseriraamat

Viiteteosed nimetatud allikatest

100 aastat Nobeli füüsikapreemiaid

Arved Sapar Tartu Observatoorium

Nobeli preemiad

Arved Sapar
Tartu Observatoorium