Nobliści z fizyki - pionierzy teoretycznych badań nad zjawiskami topologicznymi

David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane oraz J. Michael Kosterlitz otrzymali Nobla z fizyki za teoretyczne odkrycia dotyczące topologicznych przejść fazowych oraz topologicznych faz materii. W opinii ekspertów dali oni początek rozległej dziedzinie badań.nDzięki odkryciom tegorocznych noblistów z dziedziny fizyki naukowcy lepiej zrozumieli właściwości materii. Teoretyczny postęp może się przełożyć na opracowanie nowych materiałów oraz postęp w konstruowaniu np. komputerów kwantowych - uzasadnił we wtorek Komitet Noblowski.
geralt Nobliści z fizyki - pionierzy teoretycznych badań nad zjawiskami topologicznymi
geralt / pixabay.com
Połowę nagrody pieniężnej w wysokości 8 mln koron szwedzkich (czyli około 850 tysięcy euro) otrzyma David J. Thouless z University of Washington w Seattle, drugą połową podzielą się F. Duncan M. Haldane (Princeton University) oraz J. Michael Kosterlitz (Brown Universyity w Providence).
 
Aby wyjaśnić osobliwe zjawiska związane ze światem faz materii i przejść fazowych, David Thouless, Duncan Haldane i Michael Kosterlitz skorzystali z metod matematycznych, z topologii. Topologia to ważny dział matematyki zajmujący się badaniem własności, które nie ulegają zmianie nawet po radykalnym zdeformowaniu obiektów, takich jak figury geometryczne, bryły i obiekty o większej liczbie wymiarów.
 
Stosując zaawansowane metody matematyczne tegoroczni laureaci analizowali osobliwe stany materii - nadprzewodniki przewodzące prąd elektryczny bez oporu, superciecze pozbawione lepkości oraz cienkie warstwy magnetyczne.
 
Kosterlitz i Thouless badali zjawiska obecne w "płaskim" świecie: na powierzchniach albo wewnątrz warstw tak cienkich, że można je uznać za dwuwymiarowe w porównaniu z trójwymiarowymi (które mają długość, szerokość i grubość), i z jakimi stykamy się na co dzień. Haldane badał również materię, która tworzy nici tak cienkie, że można je uznawać za jednowymiarowe.
 
W latach 80. David Thouless i Duncan Haldane zaprezentowali przełomowe prace teoretyczne, które zakwestionowały dotychczasowe teorie dotyczące tego, jakie materiały mogą przewodzić prąd elektryczny. Thouless używając topologii opisał kwantowy efekt Halla – zmiany oporu zachodzące w cienkich przewodzących warstwach umieszczonych pomiędzy dwiema warstwami półprzewodnika w bardzo silnym polu magnetycznym i przy temperaturze w pobliżu zera bezwzględnego. Okazało się, że zmiany te mogą przyjmować tylko ściśle określone, całkowite wartości (1, 2, 3…), bez stanów pośrednich. Topologia okazała się właściwym kluczem do wyjaśnienia tej zagadki – elektrony w warstwie przewodzącej pomiędzy warstwami półprzewodnika poruszają się swobodnie, tworząc tzw. topologiczną ciecz kwantową. Zmiany oporu są właśnie kwantowe - zachodzą stopniowo, a nie w sposób ciągły.
 
Kolejne teoretyczne odkrycie miało miejsce w roku 1988, gdy Duncan Haldane odkrył, że topologiczne ciecze kwantowe (takie jak ta związana z kwantowym efektem Halla) mogą tworzyć się w cienkich warstwach półprzewodnika nawet bez obecności pola magnetycznego. W roku 2014 udało się potwierdzić eksperymentalnie wyniki Haldane’a, badając zachowanie atomów schłodzonych niemal do temperatury zera bezwzględnego.
 
David Thouless, fizyk zajmujący się materią skondensowaną, po ukończeniu Winchester College kształcił się w college'u Trinity Hall na brytyjskim Cambridge University, gdzie w 1955 r. uzyskał licencjat. Następnie przez cztery lata prowadził badania nad materią jądrową pod kierunkiem Hansa Bethe na Cornell University, na którym w 1958 r. uzyskał tytuł doktorski. Po kilku latach spędzonych na University of California w Berkeley, pracował (w latach 1965-1978) jako prof. fizyki matematycznej na brytyjskim Birmingham University. Tam współpracował z drugim tegorocznym noblistą z fizyki J. Michaelem Kosterlitzem. Od roku 1980 jest profesorem (obecnie emerytowanym) fizyki na University of Washington w Seattle.
 
Frederick Duncan Michael Haldane urodził się w Londynie 14 września 1951 r. Studiował na uniwersytecie w Cambridge, gdzie w roku 1978 zrobił doktorat. W latach 1977–1981 pracował w Institut Laue-Langevin w Grenoble, 1981–1985 był starszym wykładowcą fizyki University of Southern California. Później przez dwa lata (1985-87) pracował w słynnych Bell Laboratories, by następnie - już jako profesor fizyki przenieść się do University of California w San Diego (1987-90). Od roku 1990 jest profesorem fizyki Princeton University. Przez dziewięć lat (1990-99) był też związany z Aspen Center for Physics.
 
Michael Kosterlitz jest absolwentem Cambridge University i Oxford University, gdzie w 1969 zrobił doktorat z fizyki cząstek elementarnych (fizyki wysokich energii). Prowadził również badania w Instituto di Fisica Teorica we włoskim Torino, a także na Cornell University, Princeton University, Bell Telephone Laboratories i Harvard University. Pracował na Wydziale Fizyki Matematycznej University of Birmingham, gdzie współpracował z drugim noblistą - Davidem Thoulessem. Od 34 lat J. Michael Kosterlitz jest profesorem fizyki na amerykańskim Brown University w Providence (Rhode Island, USA).
 
Kosterlitz poproszony przez agencję AP o skomentowanie przyznania mu nagrody, powiedział:

To był kawał roboty, którą wykonałem jako naprawdę głupi post-doc (doktor odbywający staż podoktorski - przyp. PAP). Haldane ocenił, że jego praca jest swego rodzaju podstawą. To bardzo teoretyczne badania. Nabrały znaczenia dzięki rozszerzeniom dokonanym przez innych naukowców.

 
Prof. Tomasz Dietl z Instytutu Fizyki PAN ocenił w rozmowie z PAP, że nobliści byli pionierami, jeśli chodzi o teoretyczne badania nad zjawiskami topologicznymi. Badania nad tą dziedziną nabrały jednak znaczenia w ostatnich latach. "To jest nagroda spodziewana, to nie jest zaskoczenie" - skomentował. Z kolei dla prof. Jakuba Tworzydło z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego tegoroczna Nagroda Nobla z fizyki jest mocno teoretyczna i zaskakująca.

Przyznano ją za piękny kawałek fizyki, myślenia i kultury matematycznej, ale odkrycia noblistów na życie codzienne na razie się nie przekładają - powiedział badacz.

 
Prace tegorocznych noblistów dały początek rozległej dziedzinie badań, przyczyniając się do rozwoju nowych koncepcji, aparatu matematycznego i metod obliczeniowych - ocenił w rozmowie z PAP fizyk teoretyk, dziekan Wydziału Podstawowych Problemów Techniki Politechniki Wrocławskiej, prof. Arkadiusz Wójs. Dodał, że na uhonorowanie tej tematyki liczył już w zeszłym roku.
 
PAP - Nauka w Polsce

 

POLECANE
Od miesięcy terroryzował okolicę – nowe informacje ws. strzelaniny na Pradze pilne
Od miesięcy terroryzował okolicę – nowe informacje ws. strzelaniny na Pradze

Trwa wyjaśnianie, jak doszło do tragedii z udziałem policjanta, który strzelił do kolegi. Jak poinformował resort spraw wewnętrznych, sprawę bada specjalna policyjno-prokuratorska grupa.

Już dziś w Krakowie PiS ogłosi swojego kandydata na prezydenta pilne
Już dziś w Krakowie PiS ogłosi swojego kandydata na prezydenta

Jak poinformował rzecznik PiS Rafał Bochenek, dziś o godz. 16.00 w Hali Sokół w Krakowie odbędzie się obywatelskie spotkanie z udziałem Jarosława Kaczyńskiego, podczas którego zostanie ogłoszona decyzja dotycząca kandydata na prezydenta.

40 Polaków. Pierwsza egzekucja w KL Auschwitz z ostatniej chwili
40 Polaków. Pierwsza egzekucja w KL Auschwitz

Na murze kościoła salezjańskiego pw. Miłosierdzia Bożego w Oświęcimiu na Zasolu umieszczona jest tablica z nazwiskami czterdziestu więźniów Polaków, rozstrzelanych osiemdziesiąt cztery lata temu.

Rosyjski generał kłamał w raportach z frontu. To było zbyt wiele nawet jak na rosyjskie realia polityka
Rosyjski generał kłamał w raportach z frontu. To było zbyt wiele nawet jak na rosyjskie realia

Gen. Giennadij Anaszkin, dowódca zgrupowania wojsk rosyjskich "Południe”, został zdymisjonowany z powodu nieprawdziwych doniesień o zajęciu kilku miejscowości na wschodzie Ukrainy – podały w sobotę niezależne portale rosyjskie, cytowane przez Onet.

Putin z atrakcyjną zachętą dla tych, którzy się zaciągną do rosyjskiej armii Wiadomości
Putin z atrakcyjną zachętą dla tych, którzy się zaciągną do rosyjskiej armii

Władimir Putin podpisał w sobotę ustawę umożliwiającą umorzenie mężczyznom walczącym na Ukrainie i ich żonom zaległych kredytów do wysokości 10 mln rubli (92 tys. euro). Czy będzie sukces?

Niewiarygodna sytuacja w Lillehammer. Skoczek zepchnięty z belki Wiadomości
Niewiarygodna sytuacja w Lillehammer. Skoczek zepchnięty z belki

Podczas kwalifikacjach przed sobotnim konkursem Pucharu Świata w Lillehammer, Norweg Kristoffer Eriksen Sundal ruszył z belki startowej, mimo że nie świeciło się zielone światło do startu. Skoczek został zepchnięty przez zjeżdżającą platformę reklamową.

IKEA Polska nominowana do Biologicznej Bzdury Roku gorące
IKEA Polska nominowana do "Biologicznej Bzdury Roku"

Tytuły Biologicznej Bzdury Roku przyznaje popularyzujący naukę biolog i bloger prowadzący blog „To tylko teoria” Łukasz Sakowski. Dziś ogłosił nominację dla IKEA Polska.

Orban zaprosił Netanjahu. Gwarantuje mu nietykalność z ostatniej chwili
Orban zaprosił Netanjahu. Gwarantuje mu nietykalność

Premier Węgier Viktor Orban potępił w piątek decyzję Międzynarodowego Trybunału Karnego o wydaniu nakazu aresztowania Benjamina Netanjahu. Zapowiedział też zaproszenie go do Budapesztu i zagwarantował mu nietykalność.

Przesiedleńcy niemieckiego pochodzenia, w odróżnieniu od imigrantów, dobrze się w Niemczech integrują z ostatniej chwili
Przesiedleńcy niemieckiego pochodzenia, w odróżnieniu od imigrantów, dobrze się w Niemczech integrują

W 2020 roku 21,9 mln z 81,9 mln mieszkańców Niemiec miało pochodzenie migracyjne. Z czego 62 procent urodziło się poza granicami Niemiec, a 38 procent przyszło na świat w Niemczech jako potomkowie migrantów pierwszej generacji...

Cyklon Bert sieje spustoszenie w Europie. Tysiące ludzi odciętych od świata Wiadomości
Cyklon Bert sieje spustoszenie w Europie. Tysiące ludzi odciętych od świata

Jak powiadomiła agencja Reutera potężny cyklon, który przechodzi nad, Europą, pozbawił prądu dziesiątki tysięcy domów, gospodarstw rolnych i firm w Irlandii i Wielkiej Brytanii.

REKLAMA

Nobliści z fizyki - pionierzy teoretycznych badań nad zjawiskami topologicznymi

David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane oraz J. Michael Kosterlitz otrzymali Nobla z fizyki za teoretyczne odkrycia dotyczące topologicznych przejść fazowych oraz topologicznych faz materii. W opinii ekspertów dali oni początek rozległej dziedzinie badań.nDzięki odkryciom tegorocznych noblistów z dziedziny fizyki naukowcy lepiej zrozumieli właściwości materii. Teoretyczny postęp może się przełożyć na opracowanie nowych materiałów oraz postęp w konstruowaniu np. komputerów kwantowych - uzasadnił we wtorek Komitet Noblowski.
geralt Nobliści z fizyki - pionierzy teoretycznych badań nad zjawiskami topologicznymi
geralt / pixabay.com
Połowę nagrody pieniężnej w wysokości 8 mln koron szwedzkich (czyli około 850 tysięcy euro) otrzyma David J. Thouless z University of Washington w Seattle, drugą połową podzielą się F. Duncan M. Haldane (Princeton University) oraz J. Michael Kosterlitz (Brown Universyity w Providence).
 
Aby wyjaśnić osobliwe zjawiska związane ze światem faz materii i przejść fazowych, David Thouless, Duncan Haldane i Michael Kosterlitz skorzystali z metod matematycznych, z topologii. Topologia to ważny dział matematyki zajmujący się badaniem własności, które nie ulegają zmianie nawet po radykalnym zdeformowaniu obiektów, takich jak figury geometryczne, bryły i obiekty o większej liczbie wymiarów.
 
Stosując zaawansowane metody matematyczne tegoroczni laureaci analizowali osobliwe stany materii - nadprzewodniki przewodzące prąd elektryczny bez oporu, superciecze pozbawione lepkości oraz cienkie warstwy magnetyczne.
 
Kosterlitz i Thouless badali zjawiska obecne w "płaskim" świecie: na powierzchniach albo wewnątrz warstw tak cienkich, że można je uznać za dwuwymiarowe w porównaniu z trójwymiarowymi (które mają długość, szerokość i grubość), i z jakimi stykamy się na co dzień. Haldane badał również materię, która tworzy nici tak cienkie, że można je uznawać za jednowymiarowe.
 
W latach 80. David Thouless i Duncan Haldane zaprezentowali przełomowe prace teoretyczne, które zakwestionowały dotychczasowe teorie dotyczące tego, jakie materiały mogą przewodzić prąd elektryczny. Thouless używając topologii opisał kwantowy efekt Halla – zmiany oporu zachodzące w cienkich przewodzących warstwach umieszczonych pomiędzy dwiema warstwami półprzewodnika w bardzo silnym polu magnetycznym i przy temperaturze w pobliżu zera bezwzględnego. Okazało się, że zmiany te mogą przyjmować tylko ściśle określone, całkowite wartości (1, 2, 3…), bez stanów pośrednich. Topologia okazała się właściwym kluczem do wyjaśnienia tej zagadki – elektrony w warstwie przewodzącej pomiędzy warstwami półprzewodnika poruszają się swobodnie, tworząc tzw. topologiczną ciecz kwantową. Zmiany oporu są właśnie kwantowe - zachodzą stopniowo, a nie w sposób ciągły.
 
Kolejne teoretyczne odkrycie miało miejsce w roku 1988, gdy Duncan Haldane odkrył, że topologiczne ciecze kwantowe (takie jak ta związana z kwantowym efektem Halla) mogą tworzyć się w cienkich warstwach półprzewodnika nawet bez obecności pola magnetycznego. W roku 2014 udało się potwierdzić eksperymentalnie wyniki Haldane’a, badając zachowanie atomów schłodzonych niemal do temperatury zera bezwzględnego.
 
David Thouless, fizyk zajmujący się materią skondensowaną, po ukończeniu Winchester College kształcił się w college'u Trinity Hall na brytyjskim Cambridge University, gdzie w 1955 r. uzyskał licencjat. Następnie przez cztery lata prowadził badania nad materią jądrową pod kierunkiem Hansa Bethe na Cornell University, na którym w 1958 r. uzyskał tytuł doktorski. Po kilku latach spędzonych na University of California w Berkeley, pracował (w latach 1965-1978) jako prof. fizyki matematycznej na brytyjskim Birmingham University. Tam współpracował z drugim tegorocznym noblistą z fizyki J. Michaelem Kosterlitzem. Od roku 1980 jest profesorem (obecnie emerytowanym) fizyki na University of Washington w Seattle.
 
Frederick Duncan Michael Haldane urodził się w Londynie 14 września 1951 r. Studiował na uniwersytecie w Cambridge, gdzie w roku 1978 zrobił doktorat. W latach 1977–1981 pracował w Institut Laue-Langevin w Grenoble, 1981–1985 był starszym wykładowcą fizyki University of Southern California. Później przez dwa lata (1985-87) pracował w słynnych Bell Laboratories, by następnie - już jako profesor fizyki przenieść się do University of California w San Diego (1987-90). Od roku 1990 jest profesorem fizyki Princeton University. Przez dziewięć lat (1990-99) był też związany z Aspen Center for Physics.
 
Michael Kosterlitz jest absolwentem Cambridge University i Oxford University, gdzie w 1969 zrobił doktorat z fizyki cząstek elementarnych (fizyki wysokich energii). Prowadził również badania w Instituto di Fisica Teorica we włoskim Torino, a także na Cornell University, Princeton University, Bell Telephone Laboratories i Harvard University. Pracował na Wydziale Fizyki Matematycznej University of Birmingham, gdzie współpracował z drugim noblistą - Davidem Thoulessem. Od 34 lat J. Michael Kosterlitz jest profesorem fizyki na amerykańskim Brown University w Providence (Rhode Island, USA).
 
Kosterlitz poproszony przez agencję AP o skomentowanie przyznania mu nagrody, powiedział:

To był kawał roboty, którą wykonałem jako naprawdę głupi post-doc (doktor odbywający staż podoktorski - przyp. PAP). Haldane ocenił, że jego praca jest swego rodzaju podstawą. To bardzo teoretyczne badania. Nabrały znaczenia dzięki rozszerzeniom dokonanym przez innych naukowców.

 
Prof. Tomasz Dietl z Instytutu Fizyki PAN ocenił w rozmowie z PAP, że nobliści byli pionierami, jeśli chodzi o teoretyczne badania nad zjawiskami topologicznymi. Badania nad tą dziedziną nabrały jednak znaczenia w ostatnich latach. "To jest nagroda spodziewana, to nie jest zaskoczenie" - skomentował. Z kolei dla prof. Jakuba Tworzydło z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego tegoroczna Nagroda Nobla z fizyki jest mocno teoretyczna i zaskakująca.

Przyznano ją za piękny kawałek fizyki, myślenia i kultury matematycznej, ale odkrycia noblistów na życie codzienne na razie się nie przekładają - powiedział badacz.

 
Prace tegorocznych noblistów dały początek rozległej dziedzinie badań, przyczyniając się do rozwoju nowych koncepcji, aparatu matematycznego i metod obliczeniowych - ocenił w rozmowie z PAP fizyk teoretyk, dziekan Wydziału Podstawowych Problemów Techniki Politechniki Wrocławskiej, prof. Arkadiusz Wójs. Dodał, że na uhonorowanie tej tematyki liczył już w zeszłym roku.
 
PAP - Nauka w Polsce


 

Polecane
Emerytury
Stażowe