جان کلارک: کاشف تونل‌زنی کوانتومی که جهان را دگرگون کرد!

برنده نوبل 2025: جان کلارک، جادوگر تونل‌زنی ماکروسکوپیک

جان کلارک کیست؟ 

جان کلارک (John Clarke)، فیزیکدان تجربی بریتانیایی-آمریکایی، یکی از پیشگامان حوزه فیزیک ماده چگال و الکترونیک ابررسانا است. او در سال 2025 به همراه میشل اچ. دوورِ (Michel H. Devoret) و جان ام. مارتینیس (John M. Martinis) جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد. این جایزه به دلیل “کشف تونل‌زنی کوانتومی ماکروسکوپیک و کوانتیزاسیون انرژی در یک مدار الکتریکی” به آن‌ها اهدا شد. کلارک که به عنوان “پدرخوانده الکترونیک ابررسانا” شناخته می‌شود، نقش کلیدی در توسعه دستگاه‌های اندازه‌گیری مبتنی بر ابررسانایی داشته است.

زندگی اولیه و تحصیلات

جان کلارک در 10 فوریه 1942 در کمبریج انگلستان متولد شد. او در مدرسه پرسه (Perse School) در کمبریج تحصیل کرد و سپس در کالج کریست کمبریج (Christ’s College, Cambridge) درجه کارشناسی خود را در رشته علوم طبیعی (با تمرکز بر فیزیک) در سال 1964 کسب کرد. کلارک دکترای خود را در فیزیک از آزمایشگاه رویال سوسایتی موند (Royal Society Mond Laboratory) دانشگاه کمبریج در سال 1968 دریافت کرد، جایی که تحت نظارت برایان پیپارد (Brian Pippard) کار می‌کرد. در دوران دکترا، تحت تأثیر برایان جوزفسون (Brian Josephson)، او دستگاهی به نام SLUG (Superconducting Low-inductance Undulatory Galvanometer) را توسعه داد که یک ولت‌متر حساس بود. او یکی از اولین دانشجویان کالج داروین (Darwin College) بود و از سال 1965 تا 1967 به عنوان اولین رئیس انجمن دانشجویان آن خدمت کرد. بعدها در سال 2003 درجه دکترای علوم (D.Sc.) را از دانشگاه کمبریج دریافت کرد.

مسیر حرفه‌ای آکادمیک

پس از دریافت دکترا، کلارک در سال 1969 به ایالات متحده نقل مکان کرد و به دانشگاه کالیفرنیا، برکلی (University of California, Berkeley) پیوست، جایی که تمام مسیر حرفه‌ای آکادمیک خود را گذراند: استادیار (1969)، دانشیار (1971) و استاد فیزیک (1973–2010). او اکنون استاد بازنشسته (Professor Emeritus) در این دانشگاه است. کلارک ارتباط خود با کمبریج را حفظ کرد و در سال 1972 به عنوان عضو کالج کریست انتخاب شد، در سال 1989 به عنوان عضو بازدیدکننده کالج کلر هال (Clare Hall)، در سال 1998 به عنوان عضو وابسته کالج چرچیل (Churchill College)، در سال 1997 به عنوان عضو افتخاری کالج کریست، و در سال 2023 به عنوان عضو افتخاری کالج داروین.

دستاوردها ومشارکت‌ های علمی

تحقیقات کلارک بر فیزیک ماده چگال، با تمرکز بر ابررسانایی و الکترونیک ابررسانا متمرکز است. او در توسعه و کاربرد دستگاه‌های تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUIDs) که آشکارسازهای فوق‌حساس شار مغناطیسی هستند، نقش کلیدی داشته است. همچنین، او اسکوییدها را به عنوان تقویت‌کننده‌های محدود به نویز کوانتومی در جستجو برای اکسیون‌ها (axions)، که ممکن است بخشی از ماده تاریک باشند، اعمال کرده است.

در دهه 1980، کلارک تیمی تحقیقاتی را رهبری کرد که شامل دانشجوی دکترای او جان ام. مارتینیس و پژوهشگر پسادکتری میشل دوورِ بود. در سال 1985، آن‌ها رفتار کوانتومی یک اتصال جوزفسون (Josephson junction) را نشان دادند و اثبات کردند که در دماهای پایین، حالت الکترونیکی ماکروسکوپیک در ابررساناها در ولتاژ صفر تونل‌زنی کوانتومی انجام می‌دهد. در همان سال، با اعمال پالس‌های مایکروویو، آن‌ها رزونانس‌هایی با سطوح انرژی کوانتیزه مشاهده کردند. این کار اولین شواهد الکترودینامیک کوانتومی مدار را ارائه داد و پایه‌ای برای محاسبات کوانتومی ابررسانا گذاشت.

آزمایش‌های آن‌ها شامل یک مدار الکتریکی ساخته‌شده از ابررساناها بود که توسط یک اتصال جوزفسون جدا شده بودند، جایی که ذرات باردار به عنوان یک ذره ماکروسکوپیک واحد رفتار می‌کردند. آن‌ها تونل‌زنی کوانتومی مکانیکی را با نشان دادن خروج سیستم از حالت ولتاژ صفر از طریق تونل‌زنی نشان دادند که با ظاهر شدن ولتاژ تشخیص داده شد، و کوانتیزاسیون انرژی را تأیید کردند، جایی که سیستم مقادیر خاصی از انرژی را جذب یا منتشر می‌کند، همان‌طور که توسط مکانیک کوانتومی پیش‌بینی شده است. این اثبات کرد که اثرات کوانتومی در یک سیستم در مقیاس دستی قابل مشاهده است.

جایزه نوبل فیزیک 2025

جایزه نوبل فیزیک 2025 به طور مشترک به جان کلارک، میشل اچ. دوورِ و جان ام. مارتینیس برای کشف تونل‌زنی کوانتومی ماکروسکوپیک و کوانتیزاسیون انرژی در یک مدار الکتریکی اهدا شد. این جایزه به رسمیت شناختن آزمایش‌های 1985 آن‌ها بر روی پدیده‌های کوانتومی ماکروسکوپیک با استفاده از اثر جوزفسون بود، که تونل‌زنی کوانتومی در مدارهای ابررسانا در ولتاژ صفر و سطوح انرژی کوانتیزه از طریق پالس‌های مایکروویو را نشان داد و اصول کلیدی در الکترودینامیک کوانتومی مدار را برقرار کرد و پیشرفت محاسبات کوانتومی ابررسانا را پیش برد. این کشف نشان داد که دو ویژگی مکانیک کوانتومی – تونل‌زنی و کوانتیزاسیون انرژی – در مدارهای الکتریکی قابل مشاهده هستند.

جوایز و افتخارات دیگر

کلارک جوایز متعددی دریافت کرده است، از جمله بورس آلفرد پی. اسلون در 1970، بورس گوگنهایم در 1977، انتخاب به عنوان عضو انجمن سلطنتی در 1986، جایزه جوزف اف. کیثلی برای پیشرفت در علم اندازه‌گیری در 1998، جایزه کامستاک در فیزیک در 1999، مدال هیوز و جایزه یادبود اولی وی. لوناسما در 2004، انتخاب به عنوان وابسته خارجی آکادمی ملی علوم در 2012، و عضو جامعه فلسفی آمریکا در 2017. در سال 2021، او به طور مشترک با میشل دوورِ و یاسونوبو ناکامورا جایزه کوانتومی میسیوس را دریافت کرد.

همکاری‌های کلیدی و تأثیر

همکاری‌های کلیدی کلارک شامل کار با جان ام. مارتینیس (دانشجوی دکترای او، تکمیل‌شده در 1985) و میشل دوورِ (پژوهشگر پسادکتری در آن زمان) در دهه 1980 بود که منجر به کشف‌های شناخته‌شده توسط نوبل شد.مشارکت‌ها او تأثیر عمیقی بر حوزه ابررسانایی گذاشته است، از جمله اندازه‌گیری‌های فوق‌حساس از طریق اسکوییدها و پیشرفت‌های بنیادی در الکترونیک کوانتومی، شامل پایه‌ای برای محاسبات کوانتومی ابررسانا و جستجو برای اجزای ماده تاریک مانند اکسیون‌ها.

جان کلارک نه تنها یک دانشمند برجسته است، بلکه الهام‌بخش نسل‌های بعدی فیزیکدانان بوده و با کارهای خود مرزهای دانش را جابه‌جا کرده است. جایزه نوبل او گواهی بر تأثیر ماندگار تحقیقاتش بر فناوری‌های کوانتومی آینده است.

 گرد آوری:بخش علمی ساختمان‌یار