Nobelova cena za fyziku 2016

Zkoumání topologických vlastností hmoty a jejich změn přineslo letošní Nobelovu cenu za fyziku třem Angličanům pracujícím v USA. David Thouless získá z této ceny polovinu a o tu druhou se stejným dílem podělí dvojice Duncan Haldane a Michael Kosterlitz.

Thouless a Kosterlitz už v 70. letech minulého století přišli s myšlenkou, která umožnila pokrok v teoretickém chápání tajemství hmoty při vývoji nových materiálů. Při zkoumání hmoty se zaměřili na tak tenké vrstvy materiálů, které lze považovat pouze za dvourozměrné. V takovém uspořádání se částice mohou chovat poněkud jinak, než v obvyklé silnější struktuře. Uplatňují se zde situace známé z kvantové mechaniky a jevy známé jako třeba supravodivost a supratekutost. Tyto neobvyklé fáze hmoty pak dále studovali svými pokročilými matematickými postupy a tím inspirovali celou řadu vědců zabývajících se fyzikou pevných látek.

Thouless pak společně s Haldanem během 80. let minulého století vysvětlili kvantový Hallův jev. Při něm dochází, za velmi nízkých teplot v tenkých vrstvách vodivých materiálů, k jejich vodivosti pouze při určitých kvantovaných hodnotách. K vysvětlení těchto zvláštností v materiálech použili právě matematickou topologii.

Haldanovy další myšlenky vedly v aplikovaném výzkumu materiálů například k výrobě už "nobelizovaného" grafenu. Další exotické fáze hmoty mohou způsobit průlom například v elektronice při konstrukci kvantových počítačů. Mohou vzniknout nové materiály s nečekanými vlastnostmi, jaké dnes vyrobit ještě neumíme. Topologické vlastnosti hmoty totiž mají vliv na její vlastnosti. Zjistilo se například, že čím více otvorů se nachází v dvourozměrné hmotě, tím lépe vede elektrický proud.