Нобелівську премію з фізики присудили за топологічні фазові переходи

Сьогодні в Стокгольмі оголосили лауреатів Нобелівської премії з фізики 2016 року. 110-ту премію вручено Девіду Таулессу (David Thouless), Дункану Халдейну (Duncan Haldane) і Майклу Костерліцу (Michael Kosterlitz) з формулюванням «за теоретичні відкриття топологічних фазових переходів і топологічних фаз матерії».

Роботи вчених дозволили фізикам краще описати такі явища, як надпровідність, надплинність і магнетизм почесних матеріалів (атомарно-тонких шарів). Дункан Халдейн також досліджував матеріали, які можна назвати одномірними. Завдяки теоретичному опису вчені змогли пояснити, чому електричний опір у тонких шарах матерії змінюється ступінчато зі зростанням індукції доданого магнітного поля - цілочисельний квантовий ефект Холла.

Топологія - область математики, яка вивчає безперервність різних об'єктів і явища, при яких перехід від одного об'єкта до іншого вимагає ступеневих порушень цієї безперервності. Наприклад, з точки зору топології чашка еквівалентна бублику - за допомогою безперервних перетворень одне можна перетворити в інше, не розриваючи матерію. Разом з тим, куля не еквівалентна тору - для перетворення одного в інше потрібно порушити безперервність матерії.

За допомогою топології Майкл Костерліц і Девід Таулесс пояснили, як надпровідність або надплинність може виникати в почесних матеріалах, - до їх робіт в 1970-х роках це вважалося неможливим. Крім того, фізики вказали механізм фазового переходу від надпровідного стану при низьких температурах до звичайного при високих. Цей перехід отримав назву переходу Березинського-Костерліца-Таулесса. Вадим Березинський, який також зробив внесок у розробку теорії, не дожив до отримання Нобелівської премії.

Пізніше фізики застосували топологічний підхід для пояснення цілочисельного квантового ефекту Холла в почесних матеріалах. Дункан Халдейн показав, як за допомогою того ж підходу можна пояснити властивості одномірних магнітних ланцюжків, що виникають в деяких матеріалах.

У 2015 році лауреатами Нобелівської премії стали Такаакі Кадзита і Артур Макдональд, завдяки експериментам яких були підтверджені осциляції нейтрино, що довело існування у цих елементарних частинок маси. Це відкриття було зроблено на двох нейтринних детекторах - Super-Kamiokande і нейтринній обсерваторії в Садбері. Вчені виявили, що нейтрино, що народжуються в атмосфері або на Сонці, встигають змінити свій тип до того, як виявляться спійманими детекторами. Детальніше про це явище можна прочитати в нашому матеріалі.

У 2014 році Нобелівська премія з фізики дісталася японським інженерам - Ісаму Акасакі, Хіросі Амано і Сюдзі Накамура з формулюванням «за винахід ефективних синіх світлодіодів, що призвели до появи яскравих і енергозберігаючих джерел білого світла».

Самі премії та медалі будуть вручатися в Стокгольмі в грудні 2016 року. Лауреати Нобелівської премії 2016 року розділять між собою вісім мільйонів шведських крон (близько 931 тисячі доларів).