Satelliter används för att navigera. Tack vare Nobelpristagarnas forskning kan positionsmätningarna bli ännu mer exakta.

Exakta mätningar med prisad fysik

Hur skiljer sig ljuset från ett stearinljus från ljuset som lasern i en CD-spelare skickar ut? Går det att använda ljus till att mäta tid ännu noggrannare än med dagens mest avancerade klockor? Det är frågor som besvarats av årets Nobelpristagare i fysik.

Sedan länge tillbaka har forskare debatterat om vad ljus egentligen är för något - är det vågrörelser eller en ström av partiklar? Först i början av 1900-talet, när kvantteorin utarbetades, insåg man att ljus faktiskt är båda delarna - det beter sig ibland som en våg, och ibland som en ström av små energipaket.

Till att börja med ansåg man ändå inte att det var nödvändigt att använda kvantteorin för att beskriva synligt ljus. Så länge de främsta ljuskällorna var stearinljus och glödlampor kunde man göra tillräckligt bra beräkningar med hjälp av de gamla teorierna. Glödlampor sänder nämligen ut ljusstrålar som varierar i våglängd och riktning, och kvantteorins effekter är inte så tydliga.

Lasern krävde nya teorier
Men när lasern utvecklades, med ljusstrålar som har en bestämd våglängd och riktning, räckte inte längre den gamla beskrivningen av ljuset. Man behövde tillämpa kvantteorin även på synligt ljus - man behövde en kvantoptik. Detta var inom detta nya område som årets Nobelpristagare Roy Glauber utförde ett pionjärarbete.

Roy Glauber lade redan 1963 grunden för kvantoptiken. Han beskrev hur ljuspartiklar uppträder och förklarade skillnaden mellan ljuset från glödlampor och ljuset från en laser.

De andra två belönade forskarna, John Hall och Theodor Hänsch, har under de senaste 25 åren dels lyckats bekräfta kvantoptiken, dels använt den för att bygga optiska mätapparater. De får priset för sitt bidrag till utvecklingen av laserbaserad precisions-spektroskopi, och särskilt för den optiska frekvenskamstekniken.

Kan behövas vid framtida rymdfärder
Frekvenskamstekniken går ut på att man genom att sätta samman flera laserstrålar kan bestämma ljusets frekvens med väldigt stor precision. Den noggranna mätningen av ljusfrekvensen gör det möjligt att bestämma också tid och sträckor mer exakt, och man kommer till exempel att kunna tillverka mycket exakta klockor, och att förbättra den satellitbaserade navigeringstekniken, GPS.

-Det har betydelse för väldigt noggrann mätning av tid, som man behöver för GPS-system. Till exempel vid framtida rymdfärder, då man behöver mäta otroligt noggrant med hjälp av satelliter, så kommer man att behöva det här, säger Joseph Nordgren, en av de svenska experterna vid Vetenskapsakademien.

Men Nobelpristagarnas forskning är inte bara nödvändig för den nya tekniken, den ger också nya möjligheter att studera naturen närmare. Är de lagar som styr naturen verkligen konstanta, eller har de förändrats sedan universum skapades? Det är frågor som vi förhoppningsvis kommer att få svar på i framtiden.

• Tweet