Nobelovy ceny jsou tu! Kdo by se podle českých vědců mohl stát laureátem za fyziku?

V druhém dílu série se zaměřujeme na Nobelovu cenu za fyziku, jejíž laureát bude oznámen v úterý 7. října v 11:45. V prvním dílu série jsme se zaměřili na možné laureáty Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu, ve třetím dílu se zaměříme na kandidáty na cenu v oblasti chemie a ekonomie. 

První díl věnovaný Nobelově ceně za fyziologii a lékařství si můžete přečíst zde. 

Jan Šlégr

Přírodovědecká fakulta Univerzity Hradec Králové

Moc bych si přál, aby se letošním laureátem stal Tomáš Jungwirth z Fyzikálního ústavu AV ČR za teoretický popis a experimentální prokázání třetí formy magnetismu, a sice altermagnetismu. Z pohledu vnitřního uspořádání se magnetické látky v minulosti dělily na dvě kategorie: feromagnety a antiferomagnety. Tým Tomáše Jungwirtha předpověděl existenci třetí formy, altermagnetismu, a v loňském roce vyšel v Nature jejich článek, kde popisují experimentální prokázání této formy magnetismu v krystalu MnTe. Pokud se altermagnety rozšíří, mohly by se objevit například ve spotřební elektronice: magnetické paměti dnes používají feromagnetické materiály, ale jejich silné vnější magnetické pole může rušit sousední bity. Antiferomagnety tento problém nemají, ale zase je obtížné je přímo číst a zapisovat. Altermangety pak kombinují jejich výhody a mohly by vést k rychlejším, úspornějším a lépe škálovatelným pamětem a logickým obvodům.

Nobelova cena za fyziku se už několikrát udělovala za objevy v magnetismu a ve fyzice pevných látek (Louis Néel za antiferomagnetismus v roce 1970, Albert Fert a Peter Grünberg za objev gigantické magnetorezistence v roce 2007). Navíc altermagnetismus je velký konceptuální průlom: rozšíření základního schématu magnetických fází ze dvou na tři. Ovšem pokud Nobelovu cenu dostanou, asi to nebude letos, ale až za několik let, až budou jejich objevy dále potvrzeny (ale i tady se najdou výjimky, např. NC za objev grafenu získali Andrej Geim a Konstantin Novoselov už po šesti letech). Takže v letošním roce statisticky nejspíš Nobelovu cenu získá buď kosmologie nebo částicová fyzika.

Michael Prouza

ředitel Fyzikálního ústavu AV ČR

Díky mému zaměření na astrofyziku, astročásticovou fyziku a kosmologii by se mi líbilo, kdyby Nobelova cena za fyziku za rok 2025 směřovala do některého z těchto mých oblíbených oborů. Nejvýznamnějším děním v této oblasti je patrně objev několika stále významnějších trhlin současného kosmologického modelu, tedy modelu s převažujícím podílem temné energie a se zrychlujícím se rozpínáním vesmíru. Z těchto revolučních měření pak lze nejlépe spojit s několika konkrétními osobnostmi měření experimentu DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), kterému se podařilo prokázat, že temná energie nejspíše není prostou kosmologickou konstantou, ale mnohem pravděpodobněji dynamickou temnou energií, která se mění s časem. Vedoucí experimentu DESI, a tedy potenciální laureáti Nobelovy ceny, jsou Michael Levi z LLNL (Lawrence Berkeley National Laboratory), ředitel experimentu DESI, dále Daniel Eisenstein z Harvardovy univerzity, současný spoluvedoucí vědecké kolaborace, a Arjun Dey z americké NOIRLab, který je zodpovědný za samotný přístroj. Myslím si ale, že astrofyzikálních nobelovek bylo v posledních letech poměrně hodně, takže letošní cena bude směřovat do jiného oboru fyziky. Čím dál větší význam má v současné době využití tzv. laserů na volných elektronech (FELs, free electron lasers). Konstruktér prvního FEL John Madey již v roce 2016 zemřel, ale pionýr v oboru využití rentgenových FEL a zkoumaní relativistických svazků částic Claudio Pellegrini z UCLA (University of California, Los Angeles) v USA je i ve svých 90 letech stále intelektuálně svěží.

Ján Minár

zástupce ředitele NTC ZČU pro výzkum a vývoj a vedoucí týmu Výzkum pokročilých a kvantových materiálů

Pokud bych se měl vyjádřit k tomu, kdo by si podle mého názoru zasloužil Nobelovu cenu za fyziku, pak bych jmenoval sira Michaela Victora Berryho a sira Johna Pendryho. Berry je objevitelem takzvané Berryho fáze – geometrické fáze, kterou kvantový stav získává při adiabatické změně parametrů systému. Tento elegantní koncept, popsaný v roce 1984, se stal jedním z pilířů moderní kvantové mechaniky a zasáhl i do oblastí, jako jsou topologické materiály nebo optika. John Pendry je zase průkopníkem v oblasti metamateriálů, tedy umělých struktur, které vykazují zcela nové elektromagnetické vlastnosti, včetně negativního indexu lomu. Jejich práce otevřely celé nové oblasti fyziky a technologií.

Jan Váně

prorektor pro vnější vztahy a komunikaci Západočeské univerzity v Plzni a člen Rady pro výzkum, vývoj a inovace

Jako představitel „nenobelovského oboru“ bych si přál, aby Nobelova cena konečně směřovala i do České republiky. Mělo by to obrovský povzbuzující účinek nejen pro svět vědy, ale jako sociolog jsem přesvědčený, že by šlo i o jasný signál směrem do společnosti, že věda je více než jen nesrozumitelný svět zvláštních lidí. Že přináší výsledky, které mění svět a naši vědci a vědkyně jsou toho součástí. Silným kandidátem, který by tuto aspiraci mohl po tak dlouhé době naplnit, je pro mne objev altermagnetismu, zcela nového typu magnetického uspořádání, který zásadně rozšiřuje naše chápání magnetismu.

Mými nominanty je tak tým vedený Tomášem Jungwirthem z Fyzikálního ústavu AV ČR spolu s Liborem Šmejkalem, kteří předpověděli existenci této třetí základní třídy magnetismu a v roce 2024 byla její existence experimentálně potvrzena v krystalech mangan telluridu (MnTe). Objev má velký mezinárodní ohlas – byl publikován v prestižním časopise Nature a otevírá cestu k novým aplikacím v oblasti spintroniky a kvantových technologií.

Jsem si ovšem plně vědom i limitů svého návrhu. Nobelova cena bývá udělována až s odstupem času, kdy se prokáže dlouhodobý význam, uplatnitelnost výsledku v širším kontextu. V tomto ohledu je objev altermagnetismu stále na začátku své cesty. Přesto jej považuji za mimořádně významný a pro mě je to kandidát na udělení Nobelovy ceny nejen pro svůj fundamentální přínos, ale i pro symbolický význam, který by jeho ocenění mělo pro českou vědu a společnost. A pokud se tak nestane v příštím roce, věřím, že přijde čas, kdy se význam tohoto objevu prokáže a bude korunován Nobelovou cenou. 

Andrea Konečná

Fakulta strojního inženýrství VUT, CEITEC VUT

Myslím, že v tomto roce by Nobelovu cenu mohl získat někdo ze čtveřice vědců: Harald Rose, Maximilian Haider, Knut Urban a Ondrej Krivanek (poslední jmenovaný je Čech žijící a působící v USA) — a to za vývoj aberačních korektorů a spektrometrů pro elektronové mikroskopy umožňující zobrazování a chemickou analýzu na úrovni jednotlivých atomů. Zmínění fyzikové už získali Kavliho cenu za nanovědy v roce 2020.

Petr Liška

Fakulta strojního inženýrství VUT

Tipuji, že v letošním roce by Nobelovu cenu mohli získat sir John Pendry z Imperial College of London za objev metamateriálů, anebo Federico Capassovi z Harvardu za objev metapovrchů a plochých optických prvků. 

Sir John Pendry jako první formuloval koncept tzv. metamateriálů, tedy uměle vytvořených materiálů, které vykazují dosud nevídané a neobyčejné fyzikální vlastnosti jako např. negativní index lomu. O více než deset let později pak Federico Capasso a jeho tým na tyto práce navázal a ukázal, že podobné principy lze uplatnit i v planární geometrii pomocí optických metapovrchů. Tím otevřel cestu k tzv. ploché optice a pokročilým aplikacím, jako jsou metačočky, tedy ploché optické prvky tvořeny miliardami nanostruktur, které jsou schopny ovládat fázi a amplitudu rozptýleného světla na nanoškále. 

Na konferenci Stanfordské fotonické komunity jsem slyšel přirovnání, které se mi velice líbilo a které bych rád citoval: „Metapovrchy jsou pro optiku stejně významné jako polovodiče a tranzistory pro elektroniku“. Díky objevům obou pánů tak můžeme dnes vytvářet optické elementy, které jsou tenčí a lehčí než lidský vlas, což v budoucnu například povede ke ztenčení a odlehčení našich chytrých telefonů, sofistikované virtuální realitě nebo by mohlo napomoci v extraterestriálním výzkumu, kdy by naše vesmírné sondy nemusely být větší jak krabička od sirek.   

Petr Viewegh

Fakulta strojního inženýrství VUT, CEITEC VUT

Na letošního laureáta Nobelovy ceny mám tři tipy. Prvním z nich je Federico Capasso, který je známý hlavně jako spoluvynálezce kvantového kaskádového laseru (QCL, quantum cascade laser), který objevil v 90. letech. QCL dnes mají obrovský dopad – používají se v infračervené spektroskopii, detekci plynů, bezpečnostních systémech, medicíně i v astronomii. Capasso má také významné práce v oblasti optických metapovrchů a nanofotoniky – jeho skupina na Harvardu vyvíjí ploché „metačočky“ s obrovským aplikačním potenciálem, které mohou nahradit klasické čočky.

Druhým možným laureátem je Ronald Hanson, který je hlavním autorem Loophole-free Bellova testu (2015). Jeho tým jako první na světě experimentálně prokázal kvantové provázání bez tzv. „dírek“ (loopholes), které do té doby zpochybňovaly jednoznačnost testů Bellových nerovností. Tento experiment definitivně ukázal, že příroda se chová kvantově a žádná „skrytá lokální proměnná“ nedokáže vysvětlit pozorované výsledky. Dále se zabývá kvantovou teleportací na dálku. Hansonův tým demonstroval spolehlivou teleportaci kvantových stavů na vzdálenost několika metrů pomocí NV center v diamantu. Díky tomu se hovoří o možnosti realizace kvantového internetu. Je určitě jedním z velkých kandidátu do budoucna, protože nedávno byla udělena Nobelova cena za podobné téma pro Alaina Aspecta a Antona Zeilingera.

České želízko v ohni představuje Tomáš Jungwirth. Je to světově proslulý vědec v oblasti výzkumu spintroniky a antiferomagnetismu. Spolu se svým týmem prokázal možnost řídit magnetické uspořádání v antiferomagnetech elektrickým proudem – to bylo dlouho považováno za nemožné. Otevírá to cestu k nové generaci rychlých, stabilních a energeticky úsporných pamětí a dalších spintronických zařízení. Bývá označován za zakladatele antiferomagnetické spintroniky. Získal již také mnoho významných ocenění: Evropská výzkumná rada (ERC Advanced Grant), Evropská cena za fyziku (European Physical Society, 2020). Pokud se antiferomagnetická spintronika stane základem nové technologické revoluce (např. komerčně rozšířená paměťová technologie), Tomáš Jungwirth by mohl být mezi laureáty.

Výbor pro Nobelovu cenu často oceňuje spojení fundamentální fyziky a technologického dopadu – což Jungwirthova práce splňuje. Překážkou je, že je to relativně nový obor (hlavní průlom kolem 2016–2018), takže komise může ještě „čekat“, zda se skutečně ukáže zásadní dopad na průmysl. Dá se tedy říct, že Tomáš Jungwirth je reálný kandidát do budoucna, ale ještě není „v první vlně“ jako Capasso či Hanson – spíše bude záležet na tom, jak rychle se antiferomagnetická spintronika prosadí.

A kdo by si dle vašeho názoru zasloužil Nobelovu cenu za fyziku? Své tipy nám můžete napsat do komentářů na našich sociálních sítích. V následujících dnech se můžete tešit ještě na tipy na laureáty Nobelovy ceny za chemii a ekonomii.

A kdo nakonec cenu získal? Vědci za objev makroskopického kvantově-mechanického tunelování a kvantování energie v elektrickém obvodu

Nobelovu cenu za fyziku 2025 nakonec získala trojice vědců z USA: Johnu Clarke z University of California, Michel H. Devoret z Yale University/University of California a John M. Martinis z University of California za objev makroskopického kvantově-mechanického tunelování a kvantování energie v elektrickém obvodu. Jejich experimenty na čipu ukázaly kvantovou fyziku v praxi. 

Jednou z velkých otázek fyziky totiž je, jak velký může být systém, který ještě vykazuje kvantově-mechanické jevy. Letošní laureáti Nobelovy ceny provedli experimenty s elektrickým obvodem, v němž prokázali jak kvantově-mechanické tunelování, tak i kvantované energetické hladiny – a to v systému dostatečně velkém, aby se vešel do ruky.

V letech 1984 a 1985 provedli John Clarke, Michel H. Devoret a John M. Martinis sérii experimentů s elektronickým obvodem sestaveným ze supravodičů – součástek, které dokážou vést elektrický proud bez odporu. V obvodu byly supravodivé komponenty odděleny tenkou vrstvou nevodivého materiálu, což vytvářelo uspořádání známé jako Josephsonův přechod. Díky preciznímu vyladění a měření různých vlastností svého obvodu dokázali výzkumníci kontrolovat a zkoumat jevy, které nastávaly při průchodu elektrického proudu. Nabité částice pohybující se supravodičem společně tvořily systém, který se choval, jako by šlo o jedinou částici vyplňující celý obvod.

7. 10. 2025 Doplnění: Do článku byla doplněna jména vítězů Nobelovy ceny za fyziku 2025. 

Autorky: Tereza Mašínová s přispěním Martiny Kurfirstové

Foto: Sakkmesterke, Canva.com