نوبل فیزیک ۲۰۱۶

برندگان نوبل فیزیک ۲۰۱۶ برای کشف حالات عجیب و غریب مواد برنده نوبل شدند

جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۶ به دیوید تولس از دانشگاه واشنگتن در سیاتل، دانکن هالدین از دانشگاه پرینستون در نیوجرسی و مایکل کاسترلیتز دانشگاه براون در پراویدنس برای «کشف نظریه انتقال فاز توپولوژیک و فازهای توپولوژیکی مواد» داده شد.

بر طبق گفته فرهنگستان علوم سوئد، برندگان امسال دری رو به جهان ناشناخته‌ای باز کردند که مواد می‌تواند حالت‌های عجیب و غریب داشته باشد. آنها از روش‌های ریاضی پیشرفته برای مطالعه فازها یا حالت‌های غیر معمول مواد، مانند ابررسانه‌ها، ابرسیال‌ها یا فیلم‌های مغناطیسی نازک استفاده کردند. اکنون سعی می‌شود حالت‌های عجیب و غریب ماده کشف گردد. بسیاری از افراد به آینده برنامه‌های علم مواد و الکترونیک امیدوارند.

این برندگان، نظریه‌پرداز موضوعی هستند که از ۱۹۷۰ به عنوان مطالعه حالات توپولوژیکی ماده شروع شده بود و در چند سال اخیر از داغترین موضوعات فیزیک ماده چگال شد. برخی از مفاهیم آن پدیده‌های فیزیکی ساده و سر راست هستند. برای مثال به سادگی می‌توان توضیح داد که چرا آلیاژهای بیسموت و آنتیموان در درونشان می‌توانند عایق‌های الکتریکی باشند اما در سطح‌شان رسانای الکتریکی باشد. با این حال، خود این نظریه لطیف و انتزاعی است و در فضاهای انتزاعی شکل‌های مختلفی دارد.

توضیح کارهایی که برندگان نوبل ۲۰۱۶ فیزیک کردند

برای دانستن بهتر کار این دانشمندان نوشته‌های زیر را بخوانید

چقدر دونات مثل یک فنجان قهوه است، و چقدر متفاوت با یک فنر است؟ پاسخ این معما کلید برای درک جایزه فیزیک نوبل ۲۰۱۶ است، که به دیوید تولس از دانشگاه واشتنگتن در سیاتل، مایکل کاسترلیتز از دانشگاه براون و دانکن هالدین از دانشگاه پرنستون داده شد.

پاسخ این است که چون فنجان قهوه و دونات هر دو یک چاله دارند بنابراین توپولوژی یکسانی دارند. یک فنجان بسیار منعطف پذیر می‌تواند بدون اینکه از هم پاره شود تبدیل به یک دونات شود. از طرف دیگر یک فنر می‌تواند از هم باز شود و به یک سیم پهن و مسطح تبدیل شود و یا به یک گلوله له شده دربیاید، اما نمی‌تواند به شکل دونات دربیاید. بنابراین «بارهای توپولوژی» متفاوتی دارند که از لحاظ تعداد چاله‌ها بررسی می‌شوند. تولس، کاسترلیز و هالدین نشان دادند که توپولوژی بیشتر از یک انتزاع ریاضی است. این می‌تواند به طرز چشمگیری خواص ماده چگال ماننده توانایی اداره بار الکتریکی تاثیر بگذارد.

expain-nobel-phosics-2016

چارلز کین، نظریه پرداز ماده چگال دانشگاه پینسیلوانیا گفت: «این سه پیشرو کاملا مستحق بردن نوبل هستند.» جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۶ نصف آن به تولس و نصف‌ دیگرش بین هادلین و کاسترلیز تقسیم شد. یوجین مل از نظریه‌ پردازان پنسلوانیا در این باره گفت: «هنگامی که نام آنها را شنیدم به پایگاه مقاله‌ها سر زدم و دیدم که این دانشمندان بسیار به همدیگر استناد کرده‌اند.»

در ۱۹۷۲، کاسترلیز و تولس توضیح دادند که چگونه توپولوژي به شکلی غیر منتظره تولید شود. مطالعه‌های آنها ساختاری به نام مدل XY را معرفی کرد آنها با این مدل توضیح دادند که یک ابرسیال در هلیوم بدون مقاومت در دمای زیر ۲.۱۷ کلوین می‌تواند جریان را عبود دهد. دلیل این رویداد این است که اتم‌ها به یک موج کوانتومی منفرد جمع می‌شوند که می‌تواند با مدل XY  توضیح داده شود. اگر چه، در نظریه‌های ۱۹۶۰ استدلال شده بود که هلیوم مایع در فیلم ۲D نمی‌تواند ابرسیال باشد، چون نوسانات گرمایی مزاحم موج های کوانتومی می‌شوند.

کاسترلیز و تولس خلاف این را نشان دادند. آنها در یافتند که در نواسانات حرارتی کم انرژی در مدل XY می‌تواند گرداب کوچکی تشکیل شود، که در دماهای خیلی پایین تنها به شکل توپولوژي مخالف ظاهر شوند و تاثیر این گرداب کوچک باعق می‌شود تا گردابه‌های جفت لغو شوند و انتقال فاز و ابرسیالی ممکن شود. در ۱۹۷۸، آزمایشگران ابرسیال مایع پیش‌بینی شده را در فیلم هلیوم مشاهده کردند.

در ۱۹۸۲، تولس با استفاده از توپولوژی پدیده عجیب غریب اثر عدد صحیح عدد کوانتومی هال را توضیح داد. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که یک دال نیمه‌هادی باریک در میدان مغناطیسی عمود قرار بگیرد.

منبع: ساینس

دیدگاه‌تان را بنویسید: