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
Czy uda się wepchnąć dżinna z powrotem do butelki? tylko u nas
Czy uda się wepchnąć dżinna z powrotem do butelki?

Bardzo dobrze, że prowadzący z nim rozmowę w Radiu Wnet Łukasz Jankowski przerwał wywiad po jego słowach o "fejkowych komorach gazowych". Ale dlaczego człowiek o takich poglądach w ogóle się tam znalazł? Dlaczego został mu udostępniony mikrofon? Czy redakcja nie mogła przewidzieć, co będzie mówił?

Reprezentacja Polski ma nowego trenera Wiadomości
Reprezentacja Polski ma nowego trenera

Po ponad miesiącu od rezygnacji Michała Probierza, Polski Związek Piłki Nożnej zdecydował, kto przejmie stery w reprezentacji Polski. Jak ustalił Polsat News, nowym selekcjonerem zostanie Jan Urban.

Pożar w Siemianowicach Śląskich. Komunikat RCB dla mieszkańców Wiadomości
Pożar w Siemianowicach Śląskich. Komunikat RCB dla mieszkańców

RCB wydało w poniedziałek wieczorem alert dotyczący pożaru hali produkcyjnej przy ul. Chemicznej w Siemianowicach Śląskich. Mieszkańcy proszeni są o niezbliżanie się do miejsca pożaru oraz o zamknięcie okien, aby uniknąć narażenia na szkodliwy dym.

Nowy komunikat GIS. Na ten produkt trzeba uważać Wiadomości
Nowy komunikat GIS. Na ten produkt trzeba uważać

Główny Inspektorat Sanitarny (GIS) poinformował w poniedziałek o wycofaniu ze sprzedaży łyżki cedzakowej, która może zagrażać zdrowiu. Produkt był dostępny w sklepach sieci TEDi w całej Polsce.

Największe zderzenie czarnych dziur w historii badań. Naukowcy nie kryją zdumienia Wiadomości
Największe zderzenie czarnych dziur w historii badań. Naukowcy nie kryją zdumienia

Naukowcy odkryli największe w historii zderzenie dwóch czarnych dziur, każdej o masie ponad 100 razy większej od masy Słońca – ogłosiło w poniedziałek międzynarodowe konsorcjum LIGO-Virgo-KAGRA. W wyniku kolizji powstała jeszcze masywniejsza czarna dziura, oddalona od Ziemi o ok. 10 mld lat świetlnych.

Zachowuję optymizm. Poseł PiS trafił do szpitala Wiadomości
"Zachowuję optymizm". Poseł PiS trafił do szpitala

Poseł Jacek Osuch (Prawo i Sprawiedliwość) opublikował w mediach społecznościowych zdjęcie ze szpitala. W krótkim wpisie poinformował, że trafił na leczenie, jednocześnie dziękując lekarzom za opiekę i zwracając się z apelem do obserwatorów.

Trump stawia Putinowi ultimatum. „Jesteśmy bardzo niezadowoleni” Wiadomości
Trump stawia Putinowi ultimatum. „Jesteśmy bardzo niezadowoleni”

Prezydent USA Donald Trump zapowiedział w poniedziałek na spotkaniu z sekretarzem generalnym NATO Markiem Rutte, że Stany Zjednoczone będą wysyłać Ukrainie uzbrojenie, za które zapłacą Europejczycy.

Komunikat dla mieszkańców woj. kujawsko-pomorskiego z ostatniej chwili
Komunikat dla mieszkańców woj. kujawsko-pomorskiego

Nowe rondo powstanie w miejscowości Mokre koło Grudziądza (Kujawsko-pomorskie) na skrzyżowaniu drogi krajowej nr 55 z drogami powiatowymi 1351C i 1357C. Wartość inwestycji sięgnie ponad 11,8 mln zł - poinformował w poniedziałek Oddział GDDKiA w Bydgoszczy.

Pożar hali w Siemianowicach Śląskich z ostatniej chwili
Pożar hali w Siemianowicach Śląskich

W poniedziałek 14 lipca po godz. 14 w Siemianowicach Śląskich przy ul. Chemicznej wybuchł pożar hali produkcyjno-magazynowej. Na miejscu jest kilkanaście zastępów straży pożarnej.

Zielona rewolucja uderza w Holandię. Brakuje prądu i infrastruktury Wiadomości
Zielona rewolucja uderza w Holandię. Brakuje prądu i infrastruktury

Choć Holandia uchodzi za lidera zielonej transformacji, dziś boryka się z poważnym kryzysem energetycznym. Sieć elektroenergetyczna nie nadąża za rosnącym zapotrzebowaniem, a tysiące firm i instytucji czeka na możliwość podłączenia do prądu.

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