Нобелевскую премию по физике присудили за топологические фазовые переходы

Сегодня в Стокгольме объявили лауреатов Нобелевской премии по физике 2016 года. 110-я премия вручена Дэвиду Таулессу (David Thouless), Дункану Халдейну (Duncan Haldane) и Майклу Костерлицу (Michael Kosterlitz) с формулировкой «за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи».

Работы ученых позволили физикам лучше описать такие явления, как сверхпроводимость, сверхтекучесть и магнетизм двумерных материалов (атомарно-тонких слоев). Дункан Халдейн также исследовал материалы, которые можно назвать одномерными. Благодаря теоретическому описанию ученые смогли объяснить, почему электрическое сопротивление в тонких слоях материи изменяется ступенчато с ростом индукции приложенного магнитного поля — целочисленный квантовый эффект Холла.

Топология — область математики, которая изучает непрерывность различных объектов и явления, при которых переход от одного объекта к другому требует ступенчатых нарушений этой непрерывности. К примеру, с точки зрения топологии чашка эквивалентна бублику — с помощью непрерывных преобразований одно можно преобразовать в другое, не разрывая материю. Вместе с тем, шар не эквивалентен тору — для преобразования одного в другое потребуется нарушить непрерывность материи.

С помощью топологии Майкл Костерлиц и Дэвид Таулесс объяснили, как сверхпроводимость или сверхтекучесть может возникать в двумерных материалах, — до их работ в 1970-х годах это считалось невозможным. Кроме того, физики указали механизм фазового перехода от сверхпроводящего состояния при низких температурах к обычному при высоких. Этот переход получил название перехода Березинского-Костерлица-Таулесса. Вадим Березинский, также внесший вклад в разработку теории, не дожил до получения Нобелевской премии.

Позднее физики применили топологический подход для объяснения целочисленного квантового эффекта Холла в двумерных материалах. Дункан Халдейн показал, как с помощью того же подхода можно объяснить свойства одномерных магнитных цепочек, возникающих в некоторых материалах. 

В 2015 году лауреатами Нобелевской премии стали Такааки Кадзита и Артур Макдональд, благодаря экспериментам которых были подтверждены осцилляции нейтрино, что доказало существование у этих элементарных частиц массы. Это открытие было сделано на двух нейтринных детекторах — Super-Kamiokande и нейтринной обсерватории в Садбери. Ученые обнаружили, что нейтрино, рождающиеся в атмосфере или на Солнце, успевают изменить свой тип до того, как окажутся пойманными детекторами. Подробнее об этом явлении можно прочитать в нашем материале.

В 2014 году Нобелевская премия по физике досталась японским инженерам — Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамура с формулировкой «за изобретение эффективных синих светодиодов, приведших к появлению ярких и энергосберегающих источников белого света».

Сами премии и медали будут вручаться в Стокгольме в декабре 2016 года. Лауреаты Нобелевской премии 2016 года разделят между собой восемь миллионов шведских крон (около 931 тысячи долларов).

Владимир Королёв