Slika: Simulacija helikalnih Duracovih fermiona na topološkom izolatoru, Credit: Yazdani Lab, Princeton University

Ove godine, Nobelova nagrada za fiziku ide - matematici. Trojica teoretskih fizičara - David J. Thouless sa University of Washington (Seattle), F. Duncan M. Haldane sa Princeton University i Michael Kosterlitz sa Brown University će podijeliti priznanje za "teoretska otkrića topoloških faza materije", odnosno, za stvaranje matematičkih objašnjenja nekih egzotičnih stanja materije kako što su superfluidi, superprovodnici i magnetni filmovi.

Prema objašnjenju iz Kraljevske švedske akademije nauka, ova trojica naučnika su "otvorili vrata nepoznatog svijeta u kojem materija može postojati u egzotičnim stanjima". Nove generacije naučnika su danas "u lovu" na nove oblike ovih egzotičnih stanja, što je još jedan pravac istraživanja u fizici.

Rad ovih naučnika objašnjava neke zanimljive pojave - recimo, kako legura bizmuta i antimona može biti istovremeno i provodnik i izolator (spolja je provodnik, a iznutra izolator). Bit ovih egzotičnih stanja se može objasniti preko ponašanja i osobina elektrona, koja uzrokuju topološke promjene u nabojima materije.

David Thouless, Duncan Haldane, and Michael Kosterlitz

1982. Thouless je objasnio nešto što se zove "Hall efekat", a predstavlja kvantni fenomen u kojem elektroni, ohlađeni do temperature apsolutne nule i izloženi jakom magnetnom polju, struje u jednom veoma sređenom kretanju, a provodljivost raste upravoproporcionalno sa rastom jačine magnetnog polja. Zapravo, sva tri fizičara su pokazala kako je važan koncept tzv. "topologije" u formiranju egzotičnih stanja materije.

Kada mi kažemo "stanje materije" obično mislimo na ona tri najpoznatija, agregatna, stanja materije: čvrsto, tekuće i gasovito. Ponegdje se u udžbenicima spomene i četvrto stanje, jonizirani gas, poznat kao plazma. Međutim, stanja tvari je mnogo više i nekoliko gore pomenutih stanja (superprovodnici, superfluidi) samo su neka od "egzotičnih" stanja materije. Postoje i stanja poput Bose- Einsteinovog kondenzata, fermionskog kondenzata, super-čvrstog stanja te niz drugih stanja za koja nisam sigurna kako se prevode, pa ih neću spominjati.

Novčani dio nagrade će biti podijeljen tako da Thouless dobije polovinu, a Duncan i Kosterlitz dijele drugu polovinu nagrade.

Autorica: Jelena Kalinić

Quantum of Science: blog o nauci i tehnologiji, bez pseudonauke i teorija zavjere