У 2016 році Нобелівська премія з фізики була присуджена трьом вченим народженім у Великобританії за відкриття у царині дивних форм матерії.

David Thouless, Duncan Haldane та Michael Kosterlitz подлять між собою приз у 8 мільйонів крон. Їх робота може привести до створення поліпшених матеріалів для електроніки та вже зараз є основою одного з підходів до надшвидких обчислень.

Імена цих вчених були названі під час перс конференції у Швеції. Переможці приєднались до списку більше ніж 200 лауреатів премії з фізики починаючи з 1901 р. Цитуючи Нобелівський комітет: "дослідження цієї трійки відкрило двері у світ незнаного".

Коли речовина знаходиться у екстремальному стані, наприклад при дуже низькій температурі або у формі тонкого шару, як помітили вчені атоми починають проявляти незвичні властивості.

Такі феномени розширюють звичний перелік станів речовини, а саме коли перехід відбувається між твердим станом, рідким та газоподібним.
Як відзначив проф. Haldane: "Я був дуже здивований але приємно. Робота була виконана нами давно, але саме зараз з'явилось багато значних відкриттів заснованих на цій роботі, які значно її розширили".

Всі три науковця використали математику для пояснення дивних фізичних ефектів виникаючих у особливих станах речовини таких як надпровідність, надтекучість та ефекти магнітних плівок.

Kosterlitz та Thouless сконцентрувались на феноменах які виникають у тонких формах матерії - на поверхнях або у середині надтонких шарів які можна розглядати як двовимірні, на противагу від тривимірного випадку , яким ми зазвичай описуємо світ навколо нас. Також Haldane вивчав матерію яка утворює настільки тонкі жмутки, що їх можна розглядати одновимірними.

Велика частина дослідження використовувала такий розділ математики як топологія, яка описує властивості матерії на великих та малих розмірах.
Діючий голова Нобелівського комітету, проф. Нільс Мартенсон коментує: "Сьогоднішні високі технології, як наприклад комп'ютери,  засновані на здатності розуміти та контролювати властивості матеріалів які використовуються. А цьогорічні Нобелівькі лауреати своєю теоретичною роботою відкрили цілу низку несподіваних закономірностей у поведінці матерії, які можна описати у термінах відомої математичної концепції - а саме топології. Це відкрило шлях для створення нових матеріалів з винятковими властивостями та є велика надія на те що це буде важливим для багатьох майбутніх технологій."

---

 

Приклад фізики матерії у дивному стані

Фазовий перехід відбувається при зміні агрегатного стану речовини як наприклад коли лід тане та перетворюється на воду. Kosterlitz та Thouless описали тип фазового переходу який відбувається у тонких плівках охолодженої матерії. При низькій температурі вихр утворюють тісну пару, а при підвищені температури після фазового переходу "розлітаються" у різних напрямках.

---

 

Один з аспектів їх роботи, відомий як квантовий ефект Холла вже має реальне застосування. Квантовий ефект Холла використовується у метрології для точного визначення одиниці опору - Ома. Так само як для метра і кілограма є точне визначення, так і математика яка стоїть за цією Нобелівською премією дозволила детально описати одиницю електричного опору - те як прилад або матеріал зменшую електричну провідність при протіканні струму через них.

Це не застосовується у вашому телефоні, але використовується у державних лабораторіях по всьому світу. Є багато аспектів топології на які вказують дослідники як такі що можуть бути корисними у майбутньому, але це не ті речі які працюють зараз.

Наприклад як пояснив проф. Купер, зараз вчені пробують застосувати топологічні концепції для створення надійних квантових приладів, які зможуть роботи те на що не здатні класичні комп'ютери або звичайні електричні схеми. І наприклад проект Microsoft Station Q є одним з тих хто намагається використати цей підхід для створення потужних квантових комп'ютерів.

"Топологічні аспекти можуть дати квантовій інформації надійність відносно процесу руйнування звичайним зашумленим середовища" пояснює проф. Купер, та додає: "топологічні метали можуть бути використані як покращені провідники або транзистори."

 

За матеріалами інформаційної служби BBC