นักฟิสิกส์สามคนใช้โทโพโลยีกับคุณสมบัติควอนตัมของ เซ็กซี่บาคาร่า วัสดุในสภาวะที่รุนแรงเบเกิลและเพรทเซิลมีความเหมือนกันมากกับฟิสิกส์ของวัสดุบางอย่าง: ของว่างแสดงคณิตศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังคำอธิบายเชิงทฤษฎีของสถานะแปลก ๆ ผลงานซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2559 เมื่อวันที่ 4 ตุลาคม David Thouless จาก University of Washington ใน Seattle, J. Michael Kosterlitz จากมหาวิทยาลัย Brown และ Duncan Haldane จากมหาวิทยาลัย Princeton ได้รับรางวัลสำหรับการวิจัยของพวกเขา ซึ่งทำนายชนิดของวัสดุใหม่และกระตุ้นความสนใจในด้านวัสดุทอพอโลยี
นักฟิสิกส์หลายคนประหลาดใจกับการเลือก; การเก็งกำไรออนไลน์คาดการณ์ว่าจะมีการมอบรางวัลให้สำหรับการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงครั้งแรก ( SN: 3/5/16, p. 6 ) ประกาศเมื่อวันที่ 11 กุมภาพันธ์ แต่กำหนดเส้นตายสำหรับการเสนอชื่อก่อนวันนั้น – และนักวิจัยมักรอหลายสิบปี เพื่อโนเบลพยักหน้า
สำหรับ Thouless, Kosterlitz และ Haldane
“นี่เป็นการยอมรับที่สมควรได้รับ” M. Zahid Hasan นักฟิสิกส์จาก Princeton กล่าว “มันเป็นงานเชิงทฤษฎีที่ค่อนข้างเป็นนามธรรม มันไม่เหมือนกับการหาอนุภาคใหม่ แต่มันเกี่ยวกับว่าสสารธรรมดาสามารถประพฤติตัวในลักษณะที่ไม่ธรรมดาได้อย่างไร”
งานของนักวิทยาศาสตร์สามคนรวมกันเป็นหนึ่งด้วยแนวคิดจากโทโพโลยี ซึ่งเป็นสาขาหนึ่งของคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษารูปทรง ในโทโพโลยี รูปร่างที่แตกต่างกันจะมีความแตกต่างกันโดยการเปลี่ยนภาพอย่างกะทันหัน ตัวอย่างเช่น เบเกิลแตกต่างจากขนมปังอบเชย เนื่องจากเบเกิลมีรูเดียว Thors Hans Hansson นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยสตอกโฮล์มและสมาชิกคณะกรรมการโนเบล อธิบาย . และเพรทเซลสไตล์สวีเดนซึ่งมีสองรูก็แตกต่างจากเบเกิลเช่นเดียวกัน แต่เบเกิลและถ้วยกาแฟ ซึ่งแต่ละอันมีรูเดียว เป็นฝาแฝดทอพอโลยี — รูปร่างหนึ่งสามารถค่อยๆ แปรสภาพเป็นอีกรูปร่างหนึ่งได้โดยไม่ต้องตัดหรือวาง
นักฟิสิกส์ใช้แนวคิดจากโทโพโลยีในการสำรวจสถานะผิดปกติของสสารที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่รุนแรง ซึ่งรวมถึงอุณหภูมิที่ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ ซึ่งกลศาสตร์ควอนตัมมีความสำคัญต่อพฤติกรรมของวัสดุ สถานะควอนตัมที่ผิดปกติดังกล่าวรวมถึงตัวนำยิ่งยวดซึ่งนำไฟฟ้าโดยไม่มีความต้านทานและซุปเปอร์ฟลูอิดซึ่งไหลโดยไม่มีแรงเสียดทาน งานวิจัยที่ได้รับรางวัลทำนายปรากฏการณ์ประเภทใหม่ ๆ ที่ปรากฏในแผ่นวัสดุสองมิติหรือโซ่อะตอมหนึ่งมิติ ซึ่งเป็นพฤติกรรมที่สังเกตพบในภายหลังในห้องปฏิบัติการ
การพัฒนาดังกล่าวทำให้เกิดความสนใจในวัสดุทอพอโลยีรูปแบบใหม่ ซึ่งเป็นหนึ่งในหัวข้อที่ร้อนแรงที่สุดในวิชาฟิสิกส์ ( SN: 5/22/10, p. 22 ) “ทันใดนั้น ผู้คนต่างตระหนักดีว่าเอฟเฟกต์ทอพอโลยีในกลศาสตร์ควอนตัมเป็นเพียงหัวข้อที่สมบูรณ์มาก” Haldane กล่าวในการสัมภาษณ์ทางโทรศัพท์ในระหว่างการประกาศรางวัล เขาบอกว่าเขา “ประหลาดใจและยินดีเป็นอย่างยิ่ง” ที่ได้รับเกียรตินี้
ผู้ชนะ “แน่นอนว่าเป็นคนแรกที่เน้นบทบาทของโทโพโลยีในปรากฏการณ์ทางกายภาพ” นักฟิสิกส์ทดลอง Laurens Molenkamp จากมหาวิทยาลัยWürzburgในเยอรมนีกล่าว “คนเหล่านี้เป็นบุคคลที่มีความสามารถมาก ซึ่งสมควรได้รับรางวัลโนเบลอย่างแน่นอน”
ครึ่งหนึ่งของรางวัลจำนวน 8 ล้านโครนาสวีเดน (ประมาณ 934,000 ดอลลาร์)
มอบให้ Thouless โดยอีกครึ่งหนึ่งแบ่งระหว่าง Kosterlitz และ Haldane นักฟิสิกส์ทั้งสามมาจากสหราชอาณาจักร: Thouless เกิดในปี 1934 ในเมือง Bearsden ประเทศสกอตแลนด์ Haldane เกิดในปี 1951 ในลอนดอน; และ Kosterlitz เกิดในปี 1942 ในเมืองอเบอร์ดีน สกอตแลนด์
Kosterlitz ได้รับข่าวจากโทรศัพท์ที่เขาได้รับขณะอยู่ในที่จอดรถในฟินแลนด์ซึ่งเขากำลังเดินทาง “พระเยซู นั่นช่างเหลือเชื่อ” Kosterlitz กล่าวระหว่างการโทร ซึ่งถูกโพสต์บนหน้า Facebook ของรางวัลโนเบล “รู้สึกแปลกนิดหน่อยที่ได้รับข่าวนี้ในที่จอดรถใต้ดินนอกเฮลซิงกิ”
Thouless และ Kosterlitz ได้ค้นพบเกี่ยวกับการเปลี่ยนเฟสในวัสดุสองมิติ ในขณะที่ทุกคนคุ้นเคยกับการเปลี่ยนแปลงเฟสบางอย่าง เช่น น้ำแข็งละลายลงในน้ำ วัสดุควอนตัมที่แปลกใหม่สามารถแสดงการเปลี่ยนเฟสที่แตกต่างกันและใช้สัญชาตญาณน้อยกว่า เมื่อคุณสมบัติของวัสดุเปลี่ยนไปอย่างกะทันหัน ทั้งคู่ค้นพบการเปลี่ยนแปลงเฟสใหม่ที่เรียกว่าการเปลี่ยนแปลง Kosterlitz-Thouless ที่อุณหภูมิต่ำ vortices ของอิเล็กตรอนหมุนวนคล้ายพายุทอร์นาโดจะถูกล็อคเข้าด้วยกัน เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น กระแสน้ำวนเหล่านี้จะแยกจากกันและเดินทางอย่างอิสระในทันใด การเปลี่ยนเฟสประเภทนี้พบเห็นได้ในห้องปฏิบัติการในภาพยนตร์ที่บางมากของฮีเลียมซุปเปอร์ฟลูอิดและตัวนำยิ่งยวด
ในปี 1983 Thouless ได้ใช้โทโพโลยีเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ลึกลับที่เคยพบเห็นในห้องแล็บที่เรียกว่าเอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์ ผลกระทบนี้ปรากฏในชั้นบาง ๆ ของวัสดุนำไฟฟ้าภายใต้ความหนาวเย็นมากและสนามแม่เหล็กสูง ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว ค่าการนำไฟฟ้าของชั้น แทนที่จะค่อยๆ แปรผัน สามารถรับค่าได้เพียงค่าบางอย่างเท่านั้น ซึ่งเป็นจำนวนเต็มทวีคูณของกันและกัน เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง เช่น ค่าการนำไฟฟ้าจะเปลี่ยนไป แต่แทนที่จะค่อยๆ เคลื่อนตัว ก็จะเกิดการกระโดดแบบไม่ต่อเนื่อง เซ็กซี่บาคาร่า / ร้านอาหาร
