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
Niebezpieczny wyciek chemikaliów. Mieszkańcy Czyżewa ewakuowani Wiadomości
Niebezpieczny wyciek chemikaliów. Mieszkańcy Czyżewa ewakuowani

W jednym z zakładów na terenie Czyżewa (Podlaskie) rozszczelnił się w sobotę pojemnik z podchlorynem sodu. Wieczorem tego dnia zdecydowano o prewencyjnej ewakuacji ponad stu okolicznych mieszkańców. Władze miasta podają, że nie ma zagrożenia dla mieszkańców.

GIS wydał nowy komunikat. Na ten produkt trzeba uważać Wiadomości
GIS wydał nowy komunikat. Na ten produkt trzeba uważać

Główny Inspektor Sanitarny ostrzega konsumentów – z obrotu w całym kraju znikają produkty znanej marki Bao Long. W ich składzie wykryto alergeny, których producenci nie wymienili na etykiecie. Informacja trafiła do Polski przez europejski System Wczesnego Ostrzegania o Niebezpiecznej Żywności i Paszach (RASFF).

Turniej WTA w Cincinnati. Awans Świątek do trzeciej rundy Wiadomości
Turniej WTA w Cincinnati. Awans Świątek do trzeciej rundy

Rozstawiona z numerem trzecim Iga Świątek pokonała Rosjankę Anastazję Potapową 6:1, 6:4 w drugiej rundzie turnieju WTA 1000 na twardych kortach w Cincinnati. Kolejną rywalką polskiej tenisistki, triumfatorki tegorocznego Wimbledonu, będzie Ukrainka Marta Kostiuk.

Nocny wybuch w Poznaniu. Ewakuowano kilkadziesiąt osób Wiadomości
Nocny wybuch w Poznaniu. Ewakuowano kilkadziesiąt osób

W nocy z piątku na sobotę w jednym z mieszkań przy ul. Karpia w Poznaniu doszło do wybuchu. Zdarzenie miało miejsce około godziny 1:00 i spowodowało zadymienie budynku. W jego wyniku poparzeń doznał 26-letni mężczyzna.

Znana polska aktorka nabawiła się kontuzji. Czy zatańczy w TzG? Wiadomości
Znana polska aktorka nabawiła się kontuzji. Czy zatańczy w "TzG"?

Barbara Bursztynowicz, znana widzom głównie z roli w serialu "Klan", jesienią pojawi się w jubileuszowej, 30. edycji programu "Taniec z gwiazdami". Choć początkowo nie była pewna, czy przyjąć zaproszenie, ostatecznie zdecydowała się spróbować - jednak już na etapie przygotowań spotkały ją problemy zdrowotne.

ISW: Ukraina nie powinna się na to zgodzić Wiadomości
ISW: Ukraina nie powinna się na to zgodzić

Oddanie Rosji reszty obwodu donieckiego Ukrainy w ramach ustaleń dotyczących zawieszenia broni dałoby jej armii o wiele bardziej dogodną pozycję do wznowienia ataków na obwód charkowski i dniepropietrowski – ocenił w najnowszej analizie amerykański Instytut Studiów nad Wojną (ISW).

Silne trzęsienie ziemi w Rosji z ostatniej chwili
Silne trzęsienie ziemi w Rosji

Wyspy Kurylskie, archipelag na Oceanie Spokojnym, stanowiący część obwodu sachalińskiego w Rosji, nawiedziło w sobotę trzęsienie ziemi o magnitudzie 6 – poinformowało Europejsko-Śródziemnomorskie Centrum Sejsmologiczne (EMSC). To drugi wstrząs w ciągu niespełna tygodnia.

Europejskie kurorty mówią „dość”. Wysokie mandaty dla turystów Wiadomości
Europejskie kurorty mówią „dość”. Wysokie mandaty dla turystów

W 2025 roku kraje europejskie zaczęły wprowadzać surowe mandaty dla turystów, którzy nie przestrzegają reguł podczas pobytu. Ograniczenia obejmują między innymi zakaz palenia i spożywania alkoholu w przestrzeni publicznej, noszenie strojów kąpielowych poza plażą czy zbieranie muszli.

Afera KPO. Tusk zabrał głos z ostatniej chwili
Afera KPO. Tusk zabrał głos

Nie milkną echa afery ze środkami z Krajowego Planu Odbudowy. Do sprawy odniósł się na platformie X premier Donald Tusk.

Sikorski zamiast Tuska? Polacy odpowiedzieli gorące
Sikorski zamiast Tuska? Polacy odpowiedzieli

Po powołaniu Radosława Sikorskiego na ministra spraw zagranicznych i wicepremiera pojawiły się spekulacje, czy nie zostanie on wkrótce szefem rządu, zastępując Donalda Tuska. Najnowszy sondaż SW Research dla Onet.pl pokazał, co o takiej perspektywie sądzą Polacy.

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