Нобелова премия за физика за 2016 г.

Университетски дневник бр.18 (2016)

Нобеловата премия за физика за 2016 г. е присъдена на трима американ­ски учени „за теоретични открития на топологичните фазови преходи и топологичните фази на материята“. Половината от наградата получава Дейвид Тълес (David J. Thouless, University of Washington, Seattle, WA), а другата половина споделят Дънкан Халдейн (F. Duncan M. Haldane, Princeton University, NJ) и Майкъл Костерлиц (J. Michael Kosterlitz, Brown University, Providence, RI). Лауреатите са родени във Великобритания съответно през 1934 г., 1951 г. и 1942 г.

Според официалното съобщение на Нобеловия комитет тримата учени са приложили съвременни математически методи и са моделирали необичайни състояния на материята – свръхпроводимост, свръхфлуидност (свръхтекучество) и тънък магнитен клой. Така се отваря врата към разбирането на един непознат свят, в който материята пребивава в екзотични състояния.

(http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2016/press.html)

Фиг.1. Три ординарни състояния на веществото – газ, течност и твърдо тяло, както и две екзотични – плазма при много висока температура и тънък слой кондензирана материя при много ниска температура.

Топологията е раздел от математиката, в който се изследват явленията на непрекъснатост, особено тези, при които фигурите се деформират без да променят основните си елементи и свързаностите между елементите. Използването на топологични методи в изследванията на лауреатите е било решаващо. В началото на 70-те години на XX век Майкъл Костерлиц и Дейвид Тълес опровергават актуалното тогава схващане, установявайки че явленията свръхпроводимост и свръхфлуидност могат да се реализират и в тънки слоеве веще­ство. Те обясняват механизма, чрез който при ниска температура настъпва свръхпроводи­мост. През 80-те години Тълес обяснява експеримент с тънки електропроводящи слоеве, при които проводимостта се описва чрез топологичен модел. По същото време Дънкан Холдейн открива как топологичните методи могат да се прилагат за изучаване на свойствата на магнит­ните вериги в тънки слоеве вещество.

Обикновените фази (агрегатни състояния) на веществото са газова, течна и твърда, напр. пара, вода и лед. При много висока температу­ра молекулите се разкъсват на положителни и отрицателни йони, т.е. веществото преминава в състояние на плазма. В такова състояние е напр. веществото в тялото на Слънцето. При температури близки до абсолютната нула (-273 °С) взаимодействията между молекулите рязко отслабват и могат да се реализират свръхпрово­димост и схфлуидност. Състоянията „плазма“, както и „свръхпроводимост“ и „свръхфлуидност“ се смятат за екзотични състояния на веществото (Фиг.1).

Вече се знае много за топологични състояния, не само при тънките слоеве, но и при ординарни тримерни материали. Работата в тази област през последните десетилетия доведе до по-дълбоко разбиране на физиката на кондензираната материя. Множество изследователи са обнадеждени за бъдещо приложение на новите знания в материалознанието и електрониката. Надеждата е и че разбирането на тънките слоеве вещество може да намери приложение в ново поколение свръхпроводници в бъдещи квантови свръхкомпютри.

Цветан Б. Георгиев

Вашият коментар