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
Upada jedyna taka firma w Polsce. Właściciel do premiera Tuska: Nie dotrzymał pan słowa Wiadomości
Upada jedyna taka firma w Polsce. Właściciel do premiera Tuska: "Nie dotrzymał pan słowa"

Podkarpacki producent lekkich samolotów Ekolot wygasza działalność po 30 latach obecności na rynku. - Przecież obiecał pan, panie premierze, że już nigdy żaden urzędnik nie doprowadzi do bankructwa polskiej firmy. Nie dotrzymał pan słowa - napisał w liście otwartym do premiera Donalda Tuska, dyrektor firmy Ekolot Henryk Słowik.

Ukraina szuka bohatera narodowego tylko u nas
Ukraina szuka bohatera narodowego

Było dwóch przywódców w historii Ukrainy, których postawy i decyzje sprzed stuleci mają związek z atakiem Rosji na to państwo w lutym 2022 roku.

Zastępca Rzecznika Dyscyplinarnego Sędziów ośmiesza Adama Bodnara z ostatniej chwili
Zastępca Rzecznika Dyscyplinarnego Sędziów ośmiesza Adama Bodnara

4 kwietnia Minister sprawiedliwości Adam Bodnar poinformował, że "odwołał" sędziego Przemysława Radzika z funkcji Zastępcy Rzecznika Dyscyplinarnego Sędziów Sądów Powszechnych - Bezskuteczny akt ministra Adama Bodnara, sędzia Przemysław Radzik dalej pełni swą funkcję – komentował sędzia Jakub Iwaniec.

Nowa ukraińska ofensywa na terytorium Rosji pilne
Nowa ukraińska ofensywa na terytorium Rosji

– Nadal prowadzimy aktywne operacje w obszarach przygranicznych na terytorium wroga i jest to absolutnie słuszne – wojna musi wrócić tam, skąd przyszła – powiedział prezydent Ukrainy Wołodymyr Zełenski, potwierdzając prowadzoną ofensywę na terytorium Rosji.

Atak na Krzywy Róg. Jest reakcja szefa MSZ Ukrainy Wiadomości
Atak na Krzywy Róg. Jest reakcja szefa MSZ Ukrainy

"Ukraina zwołała nadzwyczajne posiedzenie Rady Bezpieczeństwa ONZ w związku z ubiegłotygodniowym rosyjskim atakiem na Krzywy Róg, skutkującym śmiercią 20 osób" – poinformował w poniedziałek szef ukraińskiej dyplomacji Andrij Sybiha na platformie X.

Rumakowanie się skończyło. UE gotowa do negocjacji z Trumpem nt. ceł polityka
"Rumakowanie się skończyło". UE gotowa do negocjacji z Trumpem nt. ceł

Komisarz ds. handlu Marosz Szefczovicz zapowiedział, że w negocjacjach z USA na temat handlu UE nie zaproponuje wycofania podatku VAT. Jak poinformował, oferował Stanom Zjednoczonym zerowe stawki nie tylko na samochody, ale też na wszystkie towary przemysłowe. "Rumakowanie się skończyło" – napisał znany bloger Paweł Rybicki.

Patryk Jaki o Marszu Tysiąclecia Królestwa Polskiego: To będą rekolekcje patriotyczne Wiadomości
Patryk Jaki o Marszu Tysiąclecia Królestwa Polskiego: To będą rekolekcje patriotyczne

– Chciałbym, żeby Tysiąclecie Królestwa Polskiego było naszymi „rekolekcjami patriotycznymi” – powiedział europoseł Patryk Jaki na antenie TV Trwam. Przypomnijmy, że 12 kwietnia odbędzie się marsz z okazji 1000-lecia koronacji Bolesława Chrobrego i 500-lecia hołdu pruskiego.

Chiny ogłosiły cła odwetowe na towary z USA. Jest reakcja Donalda Trumpa Wiadomości
Chiny ogłosiły cła odwetowe na towary z USA. Jest reakcja Donalda Trumpa

Prezydent USA Donald Trump przekazał w poniedziałek, że nałoży w środę dodatkowe, 50 proc. cło na Chiny, jeśli Pekin nie wycofa się ze swoich ceł odwetowych zapowiedzianych w piątek.

To zdjęcie wywołało wściekły atak na Karola Nawrockiego. Internauci odpowiadają Wiadomości
To zdjęcie wywołało wściekły atak na Karola Nawrockiego. Internauci odpowiadają

"Gratulacje dla sztabu Paweł Szefernaker. Nawrocki w kampanii" – napisał wiceminister obrony narodowej Sławomir Nitras, przedstawiając zdjęcie wypoczywającego z rodziną kandydata na prezydenta Karola Nawrockiego. Pod wpisem polityka pojawiły się liczne komentarze.

Bliska płaczu. Cztery pytania Samuela Pereiry do mec. Gregorczyk-Abram gorące
"Bliska płaczu". Cztery pytania Samuela Pereiry do mec. Gregorczyk-Abram

Dziś Adam Bodnar poinformował o powstaniu nowej komisji mającej na celu "wyjaśnienie mechanizmów represji wobec organizacji społeczeństwa obywatelskiego oraz działaczy społecznych w latach 2015–2023". Szefową komisji została znana ze sprawy siłowego i bezprawnego przejęcia mediów publicznych Sylwia Gregorczyk-Abram.

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