Stefánia, Jakab2020. november 28., szombat
Tudomány

Fizikai Nobel-díj – 2016

2016.10.04.Erdélyi Ilona
National Geographic Magyarország

Az anyagkutatás terén elért elméleti eredményeiért három brit születésű tudós, kapja az idei fizikai Nobel-díjat a Svéd Királyi Tudományos Akadémia bejelentése szerint.

Fotó: Profimedia

A Washingtoni, a Princeton és a Brown Egyetem munkatársa az anyag szokatlan állapotainak tanulmányozásával: a topológiai fázisátalakulással és az anyag topológiai fázisaival kapcsolatos felfedezéseiért érdemelte ki az elismerést.

Óriási eredmény, hogy a matematikai topológia módszereinek alkalmazásával képesek voltak a megmagyarázni az anyag különleges fázisainak – szupravezetők, szuperfolyadékok, igen vékony mágneses filmek – meglepő tulajdonságait, és ezzel egy teljesen új kutatási irányt nyitottak a kondenzált anyagok fizikájában. Fejlett matematikai módszereket alkalmazva tanulmányozták ezeket az állapotokat, például a szupravezető és a szuperfolyékony fázisokat vagy a mágneses vékonyréteget. Úttörő munkájuknak köszönhetően kereshetővé váltak az anyag új, egzotikus állapotai.

A topológia a matematika egyik igen elvont ága, amely az alakzatok, folytonos deformációk közben is megmaradó, azaz invariáns tulajdonságaival foglalkozik. A topologikus tulajdonságok azok, amelyek sértetlenek maradnak szakadásmentes széthúzás, csavarás és deformáció során, illetve csak egész számok többszöröseként, ugrásszerűen, azaz nem folytonosan tudnak változni.

„Az a világ, amelyet szobahőmérsékleten látunk, amely körülvesz minket, egy olyan világ, amelynek a valódi kvantumos tulajdonságát elfedi a hőmérséklet. Azaz nem látjuk, hogy a világban semmi sem folytonosan, hanem minden ugrásszerűen (kvantumosan) változik. Ez akkor válik láthatóvá, amikor nagyon alacsony hőmérsékletre hűtünk valamit. Ezt kísérleti berendezésekkel tudjuk elérni” – fejtette ki Legeza Örs fizikus, a Magyar Tudományos Akadémia (MTA) Wigner Fizikai Kutatóközpontjának munkatársa, majd hozzátette, hogy alacsony hőmérsékleten másképp viselkedik az anyag, és olyan tulajdonságai vannak, amelyeket „szeretnénk kihasználni a minket körülvevő világ szobahőmérsékleti szintjén is, illetve az egyre kisebb méretskálákon megvalósuló – például számítógépes – eszközök esetében is”. Mint mondta, mindenki azon dolgozik a fizikában, hogy ezeket a folyamatokat minél magasabb hőmérsékleten is meg tudják valósítani, illetve stabilak maradjanak.

Michael Kosterlitz és David Thouless az 1970-es évek elején megdöntötte az akkor kurrens elméletet, mi szerint vékony rétegekben is kialakulhat szupravezetés és szuperfolyékonyság, és képesek voltak magyarázni azt a melegítés során végbemenő folyamatot (fázisátmenetet) is, amelynek során az anyag elveszti e különleges tulajdonságait.

Az 1980-as években Thouless kimutatta, hogy egy korábbi, nagyon vékony elektromos vezető rétegekkel végzett kísérletben mért változások topológiaiak voltak. Ezzel nagyjából egy időben Duncan Haldane felfedezte, hogy a topológiai fogalmak miként használhatók a bizonyos anyagokban lévő parányi mágnesláncok tulajdonságainak megértéséhez.

Ma már ismert, hogy sok topológiai fázis létezik, nemcsak a vékonyrétegekben és a szálakban, hanem hagyományos háromdimenziós anyagokban is. Legeza Örs hangsúlyozta, hogy Duncan Haldane, Michael Kosterlitz és David Thouless munkásságuknak köszönhetően a mai modern fizika fókuszában áll az új, egzotikus – úgynevezett topologikus – fázisok kutatása, és ezektől reméli a szakma a jövőben újgenerációs elektronikai eszközök, szupravezetők, illetve a kvantumos számítógépek gyakorlati megvalósítását. „A számítógépes iparban például mindent egyre kisebb méretskálán próbálnak megvalósítani, de elértük azt a méretskálát, amikor a klasszikus fizika már nem használható, és a kvantumos világ tulajdonságait kell figyelembe venni” – magyarázza a fizikus.

Arra a felvetésre, hogy tulajdonképpen évtizedekkel ezelőtti elméleti kutatásokért ítélték most oda a Nobel-díjat, Legeza Örs azt válaszolta: az alapkutatásokra sokan mondják, hogy „porosodó iratokat gyártó munka”, viszont sosem lehet tudni, hogy mikor valósul meg egy olyan kísérleti eszköz, amely életre kelti az elméleti kutatásokat. A díjazottak esetében is ez történt: a David Thouless által megjósolt viselkedés 1980-ban kvantumos Hall-effektus néven vált ismertté, míg Duncan Haldane olyan rácsok vizsgálatával foglalkozott, melyeket napjainkban az úgynevezett ultrahidegatom-kísérletekkel létre tudnak hozni. Ez utóbbi esetben nagyon hideg hőmérsékleten az atomokat le tudják úgy hűteni és lokalizálni egy lézernyaláb segítségével, hogy optikai rácsokat alkossanak.

A kitüntetettek összességében az anyag viselkedésének teljesen váratlan szabályszerűségeit fedezték fel, ami kikövezte az utat az újfajta tulajdonsággal bíró, új anyagok megalkotása előtt. Ez sok jövőbeni technológiához lehet fontos.

A kitüntetettek 8 millió svéd koronát (257 millió Ft) kaptak a díjjal, ennek felét a 82 éves Thouless kapja, a másik felén 65 éves Haldane és az 1942-es születésű Kosterlitz osztozik. A díjátadó ünnepséget hagyományosan december 10-én, az elismerést alapító Alfred Nobel halálának évfordulóján rendezik.

Hozzászólások

Európa belevág az űr megtisztításába

Európa belevág az űr megtisztításába

A Föld környezetét ellepő törmelék egyre komolyabb problémát okoz, az Európai Űrügynökség (ESA) szerint itt az ideje lépni.

A L’Oréal-UNESCO A Nőkért és a tudományért ösztöndíjprogram nyertesei 2020-ban

A L’Oréal-UNESCO A Nőkért és a tudományért ösztöndíjprogram nyertesei 2020-ban

A stroke-ot és ritka vesebetegségeket vizsgáló kutatónők nyerték az idei L'Oréal-Unesco díjat - tette közzé az MTI.

A kakaó flavonoidjainak jótékony hatása

A kakaó flavonoidjainak jótékony hatása

Egy új amerikai kutatás szerint a kakaó flavonoidjai egészséges felnőtteknél fokozzák az agy oxigénellátását, ezzel javítják a kognitív teljesítményt olvasható az MTI híre között.

Hova tűnik a műanyag a tengerekből?

Hova tűnik a műanyag a tengerekből?

A tengerekbe jutó műanyag végső nyughelyének az üledékek tekinthetők, a parti mangrove erdők pedig különösen nagy mennyiségben képesek megkötni a műanyagot, egy új kutatás szerint.

Az elektromos járművek véget vethetnek a kőolajkorszaknak

Az elektromos járművek véget vethetnek a kőolajkorszaknak

A kőolaj iránti kereslet továbbra is nő, azonban ez a trend egészen gyorsan megfordulhatna egy új elemzés szerint.

National Geographic 2020. novemberi címlap

Előfizetés

A nyomtatott magazinra,
12 hónapra

9 960 Ft

Korábbi számok

National Geographic 2010. januári címlapNational Geographic 2010. februári címlapNational Geographic 2010. márciusi címlapNational Geographic 2010. áprilisi címlapNational Geographic 2010. májusi címlapNational Geographic 2010. júniusi címlapNational Geographic 2010. júliusi címlapNational Geographic 2010. augusztusi címlapNational Geographic 2010. szeptemberi címlapNational Geographic 2010. októberi címlapNational Geographic 2010. novemberi címlapNational Geographic 2010. decemberi címlapNational Geographic 2011. januári címlapNational Geographic 2011. februári címlapNational Geographic 2011. márciusi címlapNational Geographic 2011. áprilisi címlapNational Geographic 2011. májusi címlapNational Geographic 2011. júniusi címlapNational Geographic 2011. júliusi címlapNational Geographic 2011. augusztusi címlapNational Geographic 2011. szeptemberi címlapNational Geographic 2011. októberi címlapNational Geographic 2011. novemberi címlapNational Geographic 2011. decemberi címlapNational Geographic 2012. januári címlapNational Geographic 2012. februári címlapNational Geographic 2012. márciusi címlapNational Geographic 2012. áprilisi címlapNational Geographic 2012. májusi címlapNational Geographic 2012. júniusi címlapNational Geographic 2012. júliusi címlapNational Geographic 2012. augusztusi címlapNational Geographic 2012. szeptemberi címlapNational Geographic 2012. októberi címlapNational Geographic 2012. novemberi címlapNational Geographic 2012. decemberi címlapNational Geographic 2013. januári címlapNational Geographic 2013. februári címlapNational Geographic 2013. márciusi címlapNational Geographic 2013. áprilisi címlapNational Geographic 2013. májusi címlapNational Geographic 2013. júniusi címlapNational Geographic 2013. júliusi címlapNational Geographic 2013. augusztusi címlapNational Geographic 2013. szeptemberi címlapNational Geographic 2013. októberi címlapNational Geographic 2013. novemberi címlapNational Geographic 2013. decemberi címlapNational Geographic 2014. januári címlapNational Geographic 2014. februári címlapNational Geographic 2014. márciusi címlapNational Geographic 2014. áprilisi címlapNational Geographic 2014. májusi címlapNational Geographic 2014. júniusi címlapNational Geographic 2014. júliusi címlapNational Geographic 2014. augusztusi címlapNational Geographic 2014. szeptemberi címlapNational Geographic 2014. októberi címlapNational Geographic 2014. novemberi címlapNational Geographic 2014. decemberi címlapNational Geographic 2015. januári címlapNational Geographic 2015. februári címlapNational Geographic 2015. márciusi címlapNational Geographic 2015. áprilisi címlapNational Geographic 2015. májusi címlapNational Geographic 2015. júniusi címlapNational Geographic 2015. júliusi címlapNational Geographic 2015. augusztusi címlapNational Geographic 2015. szeptemberi címlapNational Geographic 2015. októberi címlapNational Geographic 2015. novemberi címlapNational Geographic 2015. decemberi címlapNational Geographic 2016. januári címlapNational Geographic 2016. februári címlapNational Geographic 2016. márciusi címlapNational Geographic 2016. áprilisi címlapNational Geographic 2016. májusi címlapNational Geographic 2016. júniusi címlapNational Geographic 2016. júliusi címlapNational Geographic 2016. augusztusi címlapNational Geographic 2016. szeptemberi címlapNational Geographic 2016. októberi címlapNational Geographic 2016. novemberi címlapNational Geographic 2016. decemberi címlapNational Geographic 2017. januári címlapNational Geographic 2017. februári címlapNational Geographic 2017. márciusi címlapNational Geographic 2017. áprilisi címlapNational Geographic 2017. májusi címlapNational Geographic 2017. júniusi címlapNational Geographic 2017. júliusi címlapNational Geographic 2017. augusztusi címlapNational Geographic 2017. szeptemberi címlapNational Geographic 2017. októberi címlapNational Geographic 2017. novemberi címlapNational Geographic 2017. decemberi címlapNational Geographic 2018. januári címlapNational Geographic 2018. februári címlapNational Geographic 2018. márciusi címlapNational Geographic 2018. áprilisi címlapNational Geographic 2018. májusi címlapNational Geographic 2018. júniusi címlapNational Geographic 2018. júliusi címlapNational Geographic 2018. augusztusi címlapNational Geographic 2018. szeptemberi címlapNational Geographic 2018. októberi címlapNational Geographic 2018. novemberi címlapNational Geographic 2018. decemberi címlapNational Geographic 2019. januári címlapNational Geographic 2019. februári címlapNational Geographic 2019. márciusi címlapNational Geographic 2019. áprilisi címlapNational Geographic 2019. májusi címlapNational Geographic 2019. júniusi címlapNational Geographic 2019. júliusi címlapNational Geographic 2019. augusztusi címlapNational Geographic 2019. szeptemberi címlapNational Geographic 2019. októberi címlapNational Geographic 2019. novemberi címlapNational Geographic 2019. decemberi címlapNational Geographic 2020. januári címlapNational Geographic 2020. februári címlapNational Geographic 2020. márciusi címlapNational Geographic 2020. áprilisi címlapNational Geographic 2020. májusi címlapNational Geographic 2020. júniusi címlapNational Geographic 2020. júliusi címlapNational Geographic 2020. augusztusi címlapNational Geographic 2020. szeptemberi címlapNational Geographic 2020. októberi címlapNational Geographic 2020. novemberi címlap

Hírlevél feliratkozás

Kérjük, erősítsd meg a feliratkozásod az e-mailben kapott linkre kattintva!

Kövess minket