Trei oameni de ştiinţă de origine britanică au primit Premiul Nobel pentru fizică pe anul 2016 pentru studiul tranziţiilor de fază topologice şi a fazelor topologice ale materiei.

 

         

 

Studiile lor au un rol important pentru înţelegerea proprietăţilor exotice ale materiei – precum superfluiditatea sau supraconductivitatea. În viitor aceste studii ar putea permite dezvoltarea de noi tehnologii, precum calculatorul cuantic.

Nu mică a fost mirarea comunităţii oamenilor de ştiinţă când în dimineaţa zilei de 4 octombrie 2016 a fost anunţat Premiul Nobel pentru fizică. Mai toţi se aşteptau ca premiul din anul acesta să fie acordat pentru observarea undelor gravitaţionale emise în coliziunea a două găuri negre, extrem de importantă atât pentru confirmarea teoriei relativităţii generale a lui Einstein, cât şi pentru faptul că ar putea pune bazele unei noi astronomii: astronomia undelor gravitaţionale. Premiul însă nu a fost dat pentru acest important rezultat, ci petru un studiu teoretic efectuat în urmă cu zeci de ani care a permis înţelegerea unor proprietăţi oarecum bizare ale materiei, precum superfluiditatea sau supraconductivitatea.

 

Astfel, trei oameni de ştiinţă de origine britanică, care însă la ora actuală sunt în SUA, David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane şi J. Michael Kosterlitz, au primit acest prestigios premiu, fapt ce i-a luat prin surprindere chiar şi pe protagonişti. Thouless s-a născut în 1934 în Scoţia, în prezent însă este profesor la l’University of Washington la Seattle; el va primi jumătate din vaoarea premiului care are o valoare totală în jur de 830 de mii de Euro. F. Duncan M. Haldane s-a născut în 1951 la Londra, în prezent este profesor la Princeton University în SUA, iar J. Michael Kosterlitz s-a născut în 1942 în Scoţia, în prezent fiind profesor la Brown University în SUA; cei doi vor primi fiecare un sfert din premiu.

Pentru ce anume au primit cei trei premiul Nobel?

În anii ’70 şi ’80 cei trei au efectuat studii teoretice care le-a permis descoperirea tranziţiilor de fază topologice şi a fazelor topologice ale materiei. O descoperire a unei materii exotice – diferită faţă de ceea ce cunoaştem. Noi suntem obişnuiţi cu materia care se găseşte în stare gazoasă, lichidă sau solidă. Există însă forme ale materiei care nu sunt în nici una dintre aceste faze. Aceste forme iau naştere când de exemplu materia se găseşte la temperaturi extrem de joase. În acest caz se poate întâmpla că materia să devină supraconductoare – ca şi cum rezistenţa acesteia ar dispărea. În alte condiţii materia poate deveni superfluidă – adică să fie fără frecare. Cei trei laureaţi ai premiului Nobel au studiat tocmai aceste forme bizare de materie, în care au loc efecte cuantice ce duc la apariţia de proprietăţi exotice, precum cele amintite.

Thouless, Duncan Haldane şi Kosterlitz au studiat din punct de vedere teoretic aceste proprietăţi bazându-se pe topologie. Topologia descrie formele şi structurile pe baza numărului de găuri existente în obiecte. Astfel, o ceaşcă cu o toartă este din punct de vedere topologic identică cu un inel.

Kosterlitz şi Thouless au studiat mai ales suprafeţe subţiri – adică straturi ce pot fi considerate bidimensionale. Haldane a studiat obiecte ce pot fi condiderate unidimensionale.

Cercetările lor au permis studiul unor noi tipuri de materiale cu proprietăţi noi, care pot fi folosite în viitoarele tehnologii.

Teoriie topologice dezvoltate de cei trei laureaţi ai Premiului Nobel pe anul 2016 ar putea fi folosite inclusiv în dispozitive cuantice care se comportă în mod diferit faţă de cele pe care le avem la ora actuală; acestea, la rândul lor, ar putea fi utilizate în viitor în calculatoarele cuantice care ar fi mult mai puternice decât actualele calculatoare.

Haldane a declarat că premiul l-a luat prin surprindere, însă că este extrem de satisfăcut de această decizie.

Premiul Nobel pentru fizică în 2016 a fost oarecum o mare surpriză, întrucât mai toţi ne aşteptam să fie acordat pentru observarea undelor gravitaţionale; totuşi, importanţa tranziţiilor de fază topologice şi a fazelor topologice ale materiei nu poate fi contestată. Ba dimpotrivă, ar putea duce la dezvoltarea unor noi materiale şi tehnologii care să schimbe radical viitorul.

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro