Új sorozatot indítunk a technikatörténet témájában, miután a kiemelkedő dátumokról egy öt éves ciklusban 2015-2019 között megemlékeztünk és a kiemelkedő személyek születésnapjait 2020-2024 között szintén megünnepeltük. Most – mindenféle napi aktualitástól függetlenül – a hírközlés 1925-ben történt nagyobb vagy érdekesebb eseményeit mutatjuk be, akár összefüggésbe hozva a jelennel is, ha erre van lehetőség. A sorozatnak ez az első megemlékezése, talán mond újat azoknak is, akik jártasabbak a technikatörténetben.

1925-ben jött létre a Bell Telephone Laboratories

Száz évvel ezelőtt, 1925. január elsejével jött létre a legendás kutatóintézet, a Bell Telephone Laboratories, melynek kutatói és mérnökei 11 Nobel-díjat mondhatnak magukénak és számtalan egyéb találmánynak lett tulajdonosa az intézet. A következőkben a Bell Labs megszületésének az előzményeivel, a fénykorával és az AT&T 1984-es feldarabolása utáni történetével ismerkedhetünk meg. Utána megemlékezünk a 11 Nobel-díjról is, amivel egészen 2024-ig tudjuk követni ezeket a kiemelkedő tudományos eredményeket.

Az előzmények

A Bell Laboratories megszületéséhez hosszú út vezetett onnantól kezdve, hogy Alexander Graham Bell 1876-ban feltalálta a telefont. Közel ötven év kellett ennek a hihetetlenül termékeny kutatóhelynek a létrejöttéhez, ami elég sok cégátalakulás következtében született meg három évvel a névadó halála után. Magának a kutatóintézetnek a megszületéséhez már egyáltalán nem volt köze, de mégis az ő tevékenysége indította el a megszületését.

A történet még akkor kezdődött, amikor Bell számára a Bostoni Egyetem – még jóval a telefon feltalálása előtt – 1872-ben felkínált számára egy professzori állást. Addig magániskolát működtetett, ahol erősen halláskárosult vagy teljesen siket gyermekeket tanított meg beszélni, akik számára igen nehéz volt úgy elsajátítani a hangok intonációját, hogy nem volt igazán visszajelzésük. A professzori állás elfoglalása után felszámolta az iskolát, csak két tanítványát tartotta meg: a 6 éves George Sanderst és a 15 éves Mabel Hubbardot. Ennek a látszólag érdektelen mondatnak azért van jelentősége, mert Sanders apja, Thomas Sanders egy gazdag üzletember volt, Mabel Hubbard pedig hosszú udvarlás után Bell felesége lett 1877-ben, a telefon feltalálása utáni évben. Bell kutatásait apósa, Gardiner Hubbard és Thomas Sanders támogatta anyagilag. A találmány megvédése érdekében 1877. július 9-én hárman, Bell, Hubbard és Sanders megalapította a Bell Telephone Company-t, majd Hubbard 1878. február 12-én a New England Telephone Company-t. A két cég 1879. február 17-én egyesült és ezzel létrejött a National Bell Telephone Company. Ezzel egyidőben Hubbard Belgiumban létrehozta az International Bell Telephone Company-t annak érdekében, hogy Európát is el tudják látni telefonokkal és telefonközpontokkal.

A történet folytatása sem egyszerűbb az eddigieknél. A National Bell Telephone Company 1880. március 20-án összeolvadt az American Speaking Telephone Company-val és a cég új neve American Bell Telephone Company lett. Ennek is Boston volt a székhelye, akárcsak az elődeinek. A székhelynek – mindjárt látni fogjuk – jelentősége volt, mert az USA különböző államaiban eltérő szabályok vonatkoztak a vállalkozásokra. Az American Bell Telephone Company a távolsági összeköttetések létrehozására létrehozta az AT&T Long Lines céget, majd ebből alakult ki az American Telephone and Telegraph Company, az AT&T New York-i bejegyzéssel. Ez tehát az American Bell Telephone Company tulajdona volt, de ekkor jött az a különleges lépés, ami az államok közötti különbségekből származott. Massachusetts államban ugyanis úgy szólt a cégekre vonatkozó törvény, hogy azok kapitalizációja nem lehet nagyobb, mint 10 millió dollár. New York államban viszont nem volt ilyen korlátozás. Az American Bell Telephone Company viszont 1899-ben már átlépte ezt a határt. A megoldás ezek után szinte adta magát: a New York-i székhelyű AT&T nemes egyszerűséggel felvásárolta az anyacégét és ezzel a probléma megoldódott. Ezzel az AT&T örökölte az American Bell Telephone Company összes jogát is, így az időközben kialakított Bell System is hozzá került.

Az American Bell Telephone Company még 1881-ben részesedést szerzett a Western Electric cégben, mert szüksége volt a tömegméretű gyártási kapacitásra. A Western Electric ettől kezdve fokozatosan a Bell System rendszerelemek gyártására és kiszolgálására rendezkedett be. A cégnek öt telephelye volt: Chicago-ban, New York-ban, Indianapolisban, Bostonban és Belgiumban, Antwerpenben. A folyamatos bővülés miatt több új épületet emeltek, ezek között épült meg 1897-ben New York-ban, a West Street 463-ban az a 13 emeletes épület, ahol koncentrálták a telefonkészülékek, a telefonközpontok és az átviteli rendszerek gyártását és a mérnöki tevékenységet. 1907-ben az épület funkciója már teljes egészében a Western Electric és az AT&T közös kutatás-fejlesztési központja lett Western Electric Engineering Department néven, ahol a berendezések tesztelése is folyt.

Az egyre növekvő cég vezetése folyamatosan alakította át a Western Electric szerkezetét, egyrészt alkalmazkodva a követelményekhez, másrészt elkerülve a trösztellenes törvény paragrafusait. 1921-ben szétválasztották a kereskedelmi részeket és a gyártást, ezt még az üzleti logika diktálta. 1925-ben a Western Electric eladta a Brüsszelben bejegyzett Bell Telephone Manufacturing Company-t a Stamfordi székhelyű ITT-nek és ezzel egyidőben a világban meglévő más egységeitől is megszabadult, ezekre a lépésekre már egyértelműen a trösztellenes törvény miatt volt szükség. Mindazokat az elektromos berendezéseket gyártó részegységeit, melyek nem képezték a telefon-üzletág részét, szintén kiszervezte az újonnan alapított Greybar Electronic Company társaságba. Az új cég a nevét a Western Electric két alapítójának, Elisa Greynek és Enos Bartonnak a nevéből képezte, irántuk való tiszteletadásként.

A Bell Telephone Laboratories megszületése

Ugyancsak 1925. január elsejével az AT&T és a Western Electric 50-50 %-os részesedésével létrehozták a Bell Telephone Laboratories néven világhírűvé vált kutatóhelyet, melyet Bell Labs néven is ismerünk. A kutatóközpontot New Yorkban, a West Street 463 szám alatt épített 13 emeletes épületben helyezték el, ahonnan a korábbi gyártási és tesztelési tevékenységet más helyszínre telepítették. Ez a 37 ezer m2-es épület azonban nem volt elég a 3700 mérnök, tudós és a kiszolgáló személyzete számára, ezért még egy újabb épületet hozzáépítettek.

Az új szervezet igazgatótanácsának az első elnöke John J. Carty lett, aki egyben az AT&T alelnöke is volt. A Bell Labs elnöki pozícióját Frank B. Jewett töltötte be, aki egyben az igazgatótanács tagja is volt. Jewett 15 éven keresztül, egészen 1940-ig töltötte be ezt a tisztet. A gyakorlati irányítást ügyvezető alelnökként a Western Electric korábbi főmérnöke, Edward B. Craft végezte.

 

A Bell Telephone Laboratories aranykora

A kutatólaborban szerteágazó kutatási tevékenységet végeztek, aminek következtében hatalmas eredményeket értek el a legkülönbözőbb kutatási területeken. A Bell System teljeskörű támogatása mellett intenzíven foglalkoztak a rádiócsillagászattal, a tranzisztor feltalálása után annak továbbfejlesztésével, a lézerrel, a fotovoltaikus elemekkel, amit ma már napelemként ismerünk, a töltéscsatolt eszközökkel (CCD), az információelmélettel, a UNIX operációs rendszerrel, több számítógépes programnyelv (B, C, C++, S, SNOBOL, AWK, AMPL) kidolgozásával és még sok egyéb témával. Ennek köszönhető az eddigi működésük alatt elnyert 11 Nobel-díj és az öt Turing-díj, amit a Bell Labs munkatársainak köszönhetően elnyertek.

A szerteágazó kutatási tevékenység egyre több telephelyet igényelt, hamar kinőtték a Bell Labs New York-i emblematikus épületét. Először Gulfportban (Mississippi állam) létesítettek telephelyet, ahol a fából készült telefonpóznák konzerválásának a legjobb módját kutatták (ne feledjük, még csak az 1920-as években vagyunk!). Deal városában (New Jersey), nem messze New York-tól az Atlanti óceán partján egy telephelyen a hajók és a parti állomások közötti rádiótelefont fejlesztették. Kiemelkedett a későbbiekben a Holmdel (New Jersey) városa mellett, a Crawfords Hill mellett 1930-ban épült telephely, ahol a földönkívüli rádióemissziót vizsgálták, a tenger alatti kábelek kutatási munkáit, a Telstar 3 és 4 átviteli rendszereit fejlesztették. Itt épült fel az 1930-as régi épületeket kiváltó, díjnyertes üvegpalota Eero Sarinen amerikai-finn építész tervei alapján. Ez a telephely 1982-ben már 9000 kutatónak és kiszolgáló személyzetének adott helyet.

A másik jelentős telephely, mely a Bell Labs aranykorának a legnagyobb eredményeit adta, a Murray Hill-ben (New Jersey) épített épületkomplexum falai között született meg. Ehhez a telephelyhez már 1930-ban megvásároltak egy 260 ezer négyszögöles területet, de a gazdasági világválság miatt a telephely felépítését bizonytalan időre elhalasztották. A kutatóközpont első épülete 1942-ben nyílt meg, utána pedig 1945-ig egyre-másra épültek az egymással összekötött épületek. Az épületek közötti átjárhatóságnak különös jelentősége volt, mert így az ott dolgozók egybehangzó véleménye szerint bármilyen problémára percek alatt meg lehetett találni a választ, a megoldást. Gondoskodott a Bell Labs vezetése a közös terekről is, amik az innovatív ötletek bölcsőjeként működtek. Minden osztálynak saját teázója volt, ami tele volt falitáblákkal. A visszaemlékezések szerint „ezek a teázók délután megteltek kutatókkal, a táblák pedig egyenletekkel.”. 1960-tól már ez az épületegyüttes lett a Bell Labs központja is, feladva a teljesen kinőtt New York-i épületet. 1974-ben egyébként 22 Bell Labs telephelyet tartottak nyilván.

 

Az aranykor után: tíz évente tulajdonosváltás

A Bell Telephone Laboratories aranykora egészen 1984-ig tartott, amikor a megtörtént a Bell Systems feldarabolása. A Ma Bellnek is hívott távközlési óriás nyolc részre lett darabolva a trösztellenes törvény következtében, ezek lettek a Baby Bell cégek. Ekkor az AT&T Technologies lett a 100 %-os tulajdonosa a Bell Labs-nak, azonban a fenntartására szánt pénzügyi alap is jelentősen csökkent. Ettől kezdve tíz évenként történt tulajdonosváltás a Bell Labs-nál. 1996-ban az AT&T Technologies levált az AT&T-ről és Lucent Technologies néven folytatta a tevékenységét a hozzá tartozó Bell labs-szal együtt. 2006-ban a Lucent Technologies összeolvadt a francia Alcatellel és létrejött az Alcatel-Lucent cég. 2014-ben az Alcatel-Lucent kettévált: létrejött az Alcatel-Lucent Enterprise cég, amely vállalatok számára szállított rendszereket, a megmaradt cégrész pedig – továbbra is Alcatel-Lucent néven – hírközlési szolgáltatók számára fejlesztett és gyártott berendezéseket, komplett hálózati megoldásokat. 2016-ban ezt a céget akvirálta a Nokia, így jött létre a Nokia Networks. A Bell Labs így végül a Nokia Networks-höz került és mind a mai napig a Nokia Networks a tulajdonosa.

 

A Bell Labs Nobel-díjasai

Mint említettük, a Bell Labs munkatársai 11 Nobel-díjhoz járultak hozzá. A következőkben dióhéjban áttekintjük ezeket a kiemelkedő eredményeket.

Az elektron hullámtermészete (1937)

Az első Nobel-díjhoz kapcsolódó kutatások 1927-ben hozták meg az eredményüket, azonban a Nobel-díjat Clinton Joseph Davisson 1937-ben nyerte el. Abban az évben a fizikai Nobel-díjat közösen kapta meg George Paget Thomson angol fizikussal, az indoklás szerint „elismerésül a kristályok elektronokkal való besugárzásánál fellépő interferenciajelenség kísérleti kimutatásáért”. A felismerés Louis de Broglie 1924-ben megfogalmazott elméletét igazolta, amely szerint az anyagi részecskének adott esetben hullámtermészetük van.

Az 1881-ben született Davisson 1917-ben került át a Carnegie Institute of Technology oktatói státuszából a Western Electric mérnöki részlegéhez azzal a megbízással, hogy hadikutatásokat végezzen. A világháborúk során ezek az áthelyezések teljesen elfogadottak voltak. Az első világháború végével azonban Davissonnak végleges státuszt ajánlott a Western Electric, így egészen a nyugdíjazásáig, 1946-ig a Western Electric, majd a Bell Labs kutatója maradt.

Davissont az anyagi részecskék hullámtermészetének az igazolására szolgáló kísérlethez egy véletlen vezette. Eredetileg ugyanis elektronok nikkel céltárgyról történő visszaverődését tanulmányozta a nikkel felületének a pontosabb megismeréséhez. A kísérletek közben a berendezés vákuumedénye összetört, és az izzó céltárgyat oxidréteg vonta be. Ahhoz, hogy a nikkelt ettől megszabadítsa, Davisson hosszabb ideig hevítette a céltárgyat vákuumban. Eközben viszont a nikkel átkristályosodott és megváltoztak a visszaverő tulajdonságai. Felmerült a gyanú, hogy az észlelt változás az elektrondiffrakció hatásaként értelmezhető, ami igazolná de Broglie feltevését. Davisson és munkatársa, Lester Germer ennek alapján kidolgozták a Davisson-Germer-kísérletet, mely egyértelműen igazolta de Brogie feltevését és ennek során 1 %-os pontossággal kiszámolták a Planck-állandót is, majd ennek alapján az elektron hullámhosszát, ami igen jó egyezést adott de Broglie-képletből előre jelzett hullámhosszal.

Mivel Angliában George Paget Thomson az aberdeen-i egyetemen ugyancsak az elektron hullámtermészetét igyekezett igazolni, és kísérletei a 6 nm vastag arany-, platina- és alumíniumfilmmel kapott elektrondiffrakciós képei ugyancsak de Broglie elméletét támasztották alá, így végül Clinton Joseph Davisson és George Paget Thomson megosztva kapták meg az 1937-es fizikai Nobel-díjat. George Paget Thomson Nobel-díjának a külön érdekessége volt, hogy az elektron részecsketermészetének az igazolásáért édesapja, Joseph John Thomson kapta meg az 1906-os fizikai Nobel-díjat. Felmerülhet a kérdés, hogy Lester Germer miért maradt ki a díjazásból. Ennek az oka az volt, hogy a Nobel-díj-bizottság a beadványokból – tévesen – úgy ítélte meg, hogy Germer csak Davisson asszisztense volt a kísérletek elvégzésekor.

Ezzel a kutatással és az elektron hullámtermészetének a kísérleti igazolásával sikerült megerősíteni a kvantumelmélet alapjait és a Schrödinger-egyenlet létjogosultságát.

 

A tranzisztor (1956)

A következő fizikai Nobel-díjat a pont-kontaktusos tranzisztor feltalálásáért kapta meg 1956-ban John Bardeen, Walter Brattain és William Shockley. A tranzisztor kifejlesztésére azért volt szükség, mert az AT&T nagytávolságú telefonösszeköttetéseihez megbízható erősítőkre volt szükség és az akkori elektroncsöves erősítők csak rövid ideig tudtak hibátlanul működni az elektroncsövek rövid élettartama miatt. Ezért Joe Kelly, William Shockley főnöke, aki az elektroncsöves erősítőket fejlesztette, arra bíztatta Shockley-t, hogy indítsanak kutatást az elektroncső szilárdtest alapú kiváltására. Shockley, aki 1932-ben éppen azért csatlakozott a Bell Labs-hoz, hogy Davissonnal dolgozhasson közösen, egy ideig valóban együtt kutatott vele, de aztán Davisson lett a közös főnöke Kellynek is, Shockley-nak is. Shockley a harmincas évek végefelé kapta ezt a megbízást, de a kezdeti kutatásokat félbeszakította a II. világháború. Így csak 1945 után tudott ismét fellendülni ez a kutatási irány, ekkor Kelly kinevezte Shockley-t a félvezető fejlesztési csoport vezetőjének. Shockley gondolata az volt, hogy külső elektromos mezővel lehet majd a félvezető vezetőképességét befolyásolni, de ezek a kísérletek kudarcba fulladtak. Be kellett látni, hogy ez az elmélet valahol hibás. Ekkor Shockley a csoport két kiváló, egymást jól kiegészítő kutatójára, John Bardeenre és Walter Brattainre bízta a felmerült probléma megoldását. Bardeen és Brattain hatalmas mennyiségű kísérletet folytatott és egy alkalommal, 1947. december 16-án sikerült egy germánium félvezető két közeli pontjára aranyérintkezőt vezetni és az egyik érintkezőn (emitter) és a félvezetőn (bázis) keresztül vezetett áram százszoros erősítését elérni a másik érintkezőn (kollektor).

A Bell Labs vezetése számára Shockley 1947. december 23-ra szervezte meg a bemutatót, egy elektroncsöves erősítő csöve helyére illesztették be a kezdetleges tranzisztormodellt. A bemutató sikeres volt, azonban Shockley nagyon bosszús volt, hogy végül is nem vett részt a feltalálói munkában. Ez komoly nézeteltérésekhez vezetett a csoporton belül, amit a Bell Labs vezetősége úgy oldott meg, hogy a tranzisztor benyújtott szabadalmán csak Bardeen és Brattain szerepelhetett, de a bejelentéskor készült emblematikus fotón mindhárman ott voltak.

Persze ezt a kezdetleges modellt még tovább kellett fejleszteni, hogy a gyakorlatban is gyárható és használható tranzisztor jöjjön létre, ebben a munkában már Shockley is részt vett, sőt fokozatosan kizárta belőle Bardeent és Brattaint.

Eredményeikért végül 1956-ban hárman megosztva kapták meg a fizikai Nobel-díjat, az indoklás szerint „a félvezetőkkel kapcsolatos kutatásaikért és a tranzisztoreffektus felfedezéséért”. Ezzel egy teljesen új világra nyitottak kaput, a tranzisztor pár év alatt mindenütt megjelent és néhány speciális alkalmazás kivételével teljesen kiszorította az elektroncsövet.

Külön érdekesség, hogy John Bardeen 1972-ben ismét megkapta a fizikai Nobel-díjat a szupravezetési elméletért, ekkor azonban már rég nem volt a Bell Labs kötelékében, onnan már 1948-ban kilépett.

 

Szimmetriasértésen alapuló anyagok (1977)

A harmadik fizikai Nobel-díjat Philip Warren Anderson kapta meg 1977-ben harmadmagával. Anderson 1923-ban született és 1949-től 1984-ig volt a Bell Laboratories munkatársa. Közben 1967-től 1975-ig a Cambridge-i Egyetem fizika professzora volt. Itt dolgozott együtt az angol Nevil Francis Mott-tal, akivel laza együttműködésben kutatták az antiferromágnesesség és a szupravezetés, illetve tágabban a szimmetriasértésen alapuló anyagok tulajdonságainak az elméletét. Anderson a doktori értekezését vezető kutatót, John Hasbrouck van Vlecket, a Harvard Egyetem professzorát is bevonta ezekbe a kutatásokba. Tevékenységükért hárman megosztva kapták 1977-ben a fizika Nobel-díjat „a mágneses és a rendezetlen rendszerek elektronszerkezetével kapcsolatos alapvető elméleti kutatásaikért”.

 

 

A kozmikus háttérsugárzás (1978)

A negyedik fizikai Nobel-díjat egy évvel később, 1978-ban kapta meg Arno Allan Penzias és Robert Woodrow Wilson a mikrohullámú kozmikus háttérsugárzás 1964-ben történt felfedezéséért.

Arno Penzias fizikus és rádiócsillagász 1933-ban Münchenben született és 1940-ben telepedett le szüleivel New York City-ben. Penzias 1946-ban, 13 éves korában kapta meg az amerikai állampolgárságot. 1954-ben szerezte meg a fizikusi oklevelét a legjobb minősítéssel a City College of New York képzésén. 1962-ben pedig a Columbia University-n kapta meg PhD fokozatát. Ezek után helyezkedett el a Bell Labs holmdeli telephelyén.

Robert Woodrow Wilson 1936-ban született Texasban, csillagászként végzett a houstoni Rice University kötelékében, majd a California Institute of Technology (Caltech) képzése keretében szerezte meg PhD fokozatát. Neki is a Bell Labs adott munkát, szintén a rádiócsillagászattal is foglalkozó holmdeli telephelyen.

Penzias és Wilson közösen kezdtek el dolgozni egy ultraszenzitív, kriogenikus – azaz igen alacsony hőmérsékletre hűtött – mikrohullámú vevő kifejlesztésén, aminek a rádiócsillagászatban kiemelkedő szerepet szántak. A kísérleteket a Holmdelben még a harmincas években felállított óriási kürtantennával végezték.

Az erősítő tesztelése közben 1964-ben arra lettek figyelmesek, hogy valami gyenge sugárzást érzékel az erősítő, aminek nem értették az okát. A zaj gyengébb volt, mint a Tejútrendszer sugárzásából származó háttérsugárzás, de ráadásul az is kiderült, hogy a sugárzás izotróp. Ezek után New York City háttérsugárzására gyanakodtak, de aztán ezt is sikerült kizárniuk. Az egyetlen lehetőség még a kürtantenna valamiféle szennyeződése lehetett. Penzias és Wilson ezért alaposan megvizsgálták az antennát és megállapították, hogy „egy fehér dielektrikum” fedi az antenna belső felületét. A fehér dielektrikumról persze ők is tudták, hogy denevér- és galambürülék, de ezt néhány nap alatt – nem túl fennkölt tudományos kutatói munkával – eltávolították. A makacs zaj azonban továbbra is megmaradt. Nem maradt más megoldás, mint kozmológiai okát keresni az izotróp háttérsugárzásnak. Így jutottak el odáig, hogy ez a mért zaj nem más, mint az ősrobbanás maradványa, hivatalos nevén a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás. 1978-ban ezért az óriási felfedezésért kapták meg a fizikai Nobel-díjat, megosztva Pjotr Leonyidovics Kapicával, aki más kutatásaiért kapta meg a díjat.

 

Lézercsapda (1997)

Az ötödik fizikai Nobel-díjat 1997-ben kapta meg az Amerikában született, de kínai származású Stephen Chu harmadmagával. Chu 1948-ban született, s mind a matematikai B.A. képesítését, mind pedig a fizikai B.S. diplomáját a University of Rochester kötelékében szerezte meg, majd a fizikai PhD fokozatát a Berkeley Egyetemen védte meg 1976-ban. Utána még két évig a Berkeley-en maradt kutatóként, majd 1978-ban a Bell Labs-nál folytatta a tevékenységét. A kezdeti kutatásai az atomfizika területére estek, ahol az atomok lézerhűtésének a technikájával és magneto-optikai csapdába ejtésével foglalkozott. Elsőre talán meglepő fogalom a lézerhűtés, de bizonyos körülmények között akár 0 Kelvin közelébe is le lehet hűteni az atomokat. A hat lézersugárral lehűtött, majd csapdázott atom igen nagy pontossággal tanulmányozható ebben a helyzetben. Ezt a technikát alkalmazzák azóta a nagy precizitású atomórák létrehozásánál is. A kutatási eredményt a Nobel-díj-bizottság 1997-ben Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji és William Daniel Phillips számára Nobel-díjjal nyugtázta. Külön érdekesség Chu életútjában, hogy 2009 januárjától 2013 áprilisáig Barack Obama elnöki időszaka alatt az energiaügyi miniszteri pozíciót töltötte be. Ez azért egyedülálló váltás volt, viszonylag kevés fizikai Nobel-díjas miniszter létezett a világon, de működött.

 

Törtegyütthatós kvantált Hall-effektus (1998)

Nem kellett sokáig várni a hatodik fizikai Nobel-díjra, ezt már 1998-ban megkapta megosztva Horst Störmer, Robert Laughlin és Daniel Tsui. A három kutató mind ugyanazon a témán dolgozott, de mivel hármuk kutatása tette egésszé az elért eredményeket, így megosztva kapták meg a díjat. A Nobel-díjat a törtegyütthatós kvantált Hall-effektus felfedezéséért és magyarázatának a kidolgozásáért kapták meg. A felfedezés Störmer és Tsui nevéhez, míg az elméleti magyarázat Laughlin nevéhez fűződött. Hogy pontosan mit is fedeztek fel, ehhez menjünk vissza időben vagy 150 évet.

A Hall-effektust Edwin Hall fedezte fel még 1879-ben. Mint ismeretes, a jelenség lényege, hogy ha egy síkszerű elektromos vezetőben a síkra merőleges mágneses tér jelenlétében áram folyik, akkor a vezető két oldala között az elektronokra ható Lorentz-erő miatt feszültség jelenik meg. A feszültség a mágneses térerősség növelésével lineárisan növekszik. Klaus von Klitzing száz évvel később viszont egy meglepő eredményre jutott. Nagy tisztaságú elektrongázban és elegendően nagy mágneses térben vizsgálva a Hall-effektust, a Hall-ellenállás a lineáris térfüggés helyett lépcsőszerű képet mutatott. Ahol a Hall-ellenállásban vízszintes szakasz volt, ott a longitudinális ellenállás zérus értéket vett fel. A meglepő viselkedést kvantált Hall-jelenségnek nevezte és megállapította, hogy az ellenállás értéket egy univerzális állandó és egy egész szám hányadosaként lehet leírni. Ezért az Oxfordi egyetemen és a grenoble-i Mágnesteres Laboratóriumban 1980-ban tett felfedezéséért 1985-ben megkapta a fizikai Nobel-díjat. Ez azonban még nem Bell Labs-os Nobel-díj volt.

A felfedezés hírére kezdte el a Bell Laborban Daniel Tsui és Horst Störmer a kvantált Hall-jelenséget alaposabban vizsgálni és 1982-ben eljutottak oda, hogy még tisztább kétdimenziós elektrongázban és megnövelt mágneses térben a kvantált értékek már az univerzális állandó és egy törtszám hányadosaként jelennek meg. Az egyszerű módon nem magyarázható jelenséget végül a szintén Bell Labs-os Robert Laughlin a kompozit fermion részecskék bevezetésével tudta egzakt módon megmagyarázni. Erre kapták meg mindhárman megosztva 1998-ban a fizikai Nobel-díjat.

 

Töltéscsatolt eszközök (CCD) (2009)

A következő Nobel-díjra már hosszabb ideig kellett várni. Ezt 2009-ben kapta meg Willard Sterling Boyle kanadai és George Elwood Smith amerikai fizikus a töltéscsatolt eszközök (Charge-coupled device – CCD) feltalálásáért. Ketten együtt a fél Nobel-díjon osztoztak, mert a másik felét Charles Kuen Kao kapta meg az optikai szálas információátvitel kutatásáért és gyakorlati bevezetéséért.

A két feltaláló kerek 30 évet várt az elismerésre, mert a fizikai jelenséget 1969-ben fedezték fel. Akkor éppen egy képtelefon kifejlesztésén dolgoztak, s ehhez szükséges volt egy félvezető buborékmemória létrehozása. Boyle és Smith a MOS technológiával igyekeztek megvalósítani a memóriát, de felismerték, hogy az elektromos töltés hasonlóan eltárolható a MOS kapacitív elemeken, mint korábban a mágneses buborékot használó, Andrew H. Bobeck által feltalált buborékmemória tette azt a bitekkel. Egy sor MOS kapacitív elemet kialakítva a lapkán és megfelelő vezérléssel ellátva már shift regiszterként léptetni is lehetett a MOS táróban a biteket. A képtelefonhoz éppen erre volt szükség, de Boyle és Smith továbblépett és a tárolót nem soros memóriaként töltötték fel, hanem fényérzékeny fotodiódák segítségével egy teljes képet vittek be a memóriába, ahonnan az a töltések léptetésével volt kiolvasható. Ezt először Charge Bubble Device néven jegyezték be a Bell Labs munkanaplójába, majd ebből alakult ki a Charge-Coupled Device (CCD) elnevezés. Hamarosan az összes fényképezőgép, videokamera, majd nem sokkal később a csillagászati megfigyelőállomások is CCD eszközöket használtak a képrögzítéshez a korábbi vegyészeti megoldások helyett. A 2009-es fizikai Nobel-díj tehát már olyan felfedezéseket díjazott, amik átmentek a gyakorlatba, a mindennapok igazolták mind a CCD, mind pedig az optikai szálas kommunikáció széleskörű elterjedését.

 

Fluoreszcens mikroszkópia (2014)

A következő Nobel-díjas Robert Eric Betzig volt, aki 2014-ben nyerte el a kémiai Nobel-díjat harmadmagával. Betzig a Caltech-en szerezte a BS fokozatát 1983-ban, majd a Cornell Egyetemen a fizikusi MSc képesítését. Ott védte meg 1988-ban a doktori disszertációját is aminek a témája a nagyfelbontású optikai mikroszkópok továbbfejlesztése volt a 0,2 mikronos elméleti felbontási finomság átlépéséhez. Az akkor már kizárólagos AT&T tulajdonban lévő Bell Laboratories felfigyelt Betzig képességeire és 1989-től kutatóhelyet ajánlott neki a Félvezetőfizikai Kutatórészlegben. William Esco Moernerrel, a Cornell Egyetem kémiaprofesszorával közösen itt dolgozta ki a szuperfelbontású fluoreszcens mikroszkópia alapjait. A kémiai Nobel-díjat ezért a munkáért kapta Betzig és Moerner megosztva az Aradon született Stefan Hell német fizikussal, a göttingeni Max Planck Biofizikai Kémiai Intézet igazgatójával, aki 2000-ben a STED-eljárást (stimulált emissziós kioltás) kidolgozta a nanoszkópia területén.

 

Optikai csipesz (2018)

A következő Nobel-díjas az 1922-ben született Arthur Ashkin lett, aki 2018-ban, 96 éves korában kapta meg megosztva a fizikai Nobel-díjat „az optikai csipeszek feltalálásáért és tökéletesítéséért, mellyel elemi részecskéket, atomokat, vírusokat és más élő sejteket lehet a lézersugár ujjakkal megfogni.” Arthur Ashkin a Columbia Egyetemen szerezte meg a fizikai BS képesítését 1947-ben, majd a Cornell Egyetemen folytatta tanulmányait, ahol megismerkedett Hans Bethe-vel és Richard Feynman-nal is. Az MS után a PhD fokozatát is itt szerezte meg 1952-ben. Utána a Bell Labs-ban helyezkedett el. Ashkin a Bell Labs kutatójaként 1970-ben számolt be az optikai szórás- és gradienserők mikronméretű részecskéken történő észleléséről. Közben részese volt a piezoelektromos kristályok fotorefraktív tulajdonságának a felfedezésének. Ezt a tulajdonságot is felhasználva hozta létre azt az optikai csapdát, amely lézersugarak segítségével képes töltetlen részecskéket csapdába ejteni. Ezeknek az optikai csipeszeknek a segítségével voltak képesek a biológusok, orvosok vírusokat, baktériumokat és más élő sejteket úgy speciális mikroszkópok előtt tartani, hogy azok ne károsodjanak.

Arthur Ashkin ezért a felfedezésért 2018-ban kapta meg a fizikai Nobel-díjat, közel ötven évvel az optikai csipesz első változatának a feltalálása után, 96 éves korában. A megosztott Nobel-díj másik felén Gérard Morou és Donna Strickland osztozott a nagyon rövid és intenzív lézerimpulzusok kifejlesztésért.

 

Kvantumpöttyök (2023)

2023-ban szerezte a következő Nobel-díjat a Bell Laboratories kötelékében 1973-tól 1996-ig kémikusként kutató amerikai Louis Eugene Brus. Ez ismét kémiai Nobel-díj volt, amit megosztva kapott meg a kvantumpöttyök felfedezéséért Alekszej Jekimovval és Moungi Bawendivel közösen. A kvantumpöttyök (quantum dots) pár száz vagy ezer atomból álló anyagok, amik a méretüktől függően változtatják a színüket. Így kvantummechanikai hatásokkal lehet ugyanabból az anyagból különböző színű festékeket előállítani. Jekimov színes üvegeken végzett optikai kutatások közben fedezte fel a jelenséget 1981-ben, míg Louis Bros, a Columbia Egyetem professzora a Bell Laboratories-ben félvezetők kutatása között tette ugyanezt a felfedezést. Egy ideig nem volt technikai lehetőségük a molekulák befolyásolására, míg végül 1993-ban Moungi Bawendi, a Massachusettsi Műszaki Egyetem munkatársa kidolgozta azt a technikát, amivel kontrollálhatóvá vált a létrejövő kristályok – a kvantumpöttyök – mérete az oldószerek hőmérsékletének a szabályozásával. A felfedezésnek a gyakorlati alkalmazása a televíziókban, a LED-fényforrásokban, az orvosi képalkotó berendezésekben, a rugalmas elektronikában, napelemekben játszik szerepet. A kvantumpöttyből azonban olyan térvezérelt tranzisztor is kialakítható, amellyel áramot tudunk be- és kikapcsolni úgy, hogy egyetlen elektronnal lesz több vagy kevesebb a kvantumpöttyön. Ezt szokták egyelektron-tranzisztornak is hívni.

 

Gépi tanulás neurális hálózatokkal (2024)

Egy évvel később, 2024-ben ismét született egy fizikai Nobel-díj, ezt John Joseph Hopfield kapta megosztva a „mesterséges neurális hálózatokkal történő gépi tanulás terén végzett alapvető felfedezésekért és találmányokért”. John Hopfield 1958-ban szerezte meg a Cornell Egyetemen a PhD fokozatát fizikusként. Doktori disszertációjában még erőteljesen kvantummechanikai kérdésekkel foglalkozott. A disszertációjának a címe „Kvantummechanikai elmélet az excitonoknak a kristályok komplex dielektromos állandójához való hozzájárulásáról” volt, ami jól mutatja, hogy ekkor még teljes mértékben szilárdtest-kutatással foglalkozott elmélyülten. Az exciton a szilárdtest fizikában az a részecske, amelyet egy elektron és egy elektronlyuk kötött állapota alkot bizonyos félvezető és szigetelő szilárdtestekebn, illetve egyes folyadékokban.

Utána két évet dolgozott a Bell Labs-nál az elméleti csoportban. Itt még fizikai kutatásokat végzett, tehát igazából a Nobel-díjhoz legfeljebb áttételesen van köze a Bell Labsnak. Innen ugyanis a Priceton Egyetemre ment fizika professzornak, majd az University of California következett, ahol kémiával és biológiával foglalkozott, amiben szintén volt előélete a Bell Labstól.

A fordulat 1981-ben következett be, amikor Richard Feynmannal és Carver Meaddel közösen létrehoztak a Caltech-en egy „The Physics of Computation” című egy éves kurzust. Ez a kurzus inspirálta aztán a „Számítógépes algoritmusok és neurális rendszerek” PhD program beindítását is a Caltechen Hopfield erőteljes közreműködésével. Ennek nyomán 1982-ben jelent meg az első idegtudományi (neuroscience) cikke „A neurális hálózatok és fizikai rendszerek kollektív számítási képességekkel” címen, ami aztán elvezetett a Hopfield-hálózatok megjelenéséhez. Ez a mesterséges intelligencia azon típusa, amely bináris neuronok segítségével létrehozott asszociatív tárolók létrehozását támogatja. Ettől kezdve számtalan felfedezést tett és modellezett az idegkutatás területén. A fizikai Nobel-díjat 2024-ben megosztva kapta meg Geoffrey Everest Hintonnal a „mesterséges neurális hálózatokkal történő gépi tanulás terén végzett alapvető felfedezésekért és találmányokért”, ahogy azt már az előbb is írtuk. Hopfield a Nobel-díj átvételekor már 91 éves, Hinton pedig 77 éves volt. A Nobel-díjat érő kutatási témához is csak közel ötven éves korukban kezdtek hozzá. Sosem késő új dolgokat elkezdeni!

Bartolits István