Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej

Nagrodą Nobla w 2016 roku uhonorowano trzech fizyków pochodzenia brytyjskiego, pracujących obecnie w Stanach Zjednoczonych: David Thouless (Washington University) otrzymał połowę nagrody, zaś Duncan Haldane (Princeton University) – syn noblisty z biologii i Michael Kosterlitz (Brown University) – otrzymali po jednej czwartej nagrody. Wszyscy badacze są absolwentami uniwersytetu w Cambridge; w ten sposób ten uniwersytet ma aż 95 laureatów (są nimi m.in. Francis Crick  i James Watson za odkrycie struktury DNA) – co jest absolutnym rekordem! Nagroda tegoroczna dotyczy badań w dziedzinie teorii materii skondensowanej, a dokładniej przykładów uporządkowania topologicznego i przejść fazowych w układach nisko- (jedno- i dwu-) wymiarowych. Przełomową pracą była praca Kosterlitza i Thoulessa na temat nowego typu  przestrzennie niejednorodnego uporządkowania w układach dwuwymiarowych, w tzw. modelu x-y (wariant modelu z oddziaływaniem wymiennym tylko dwóch składowych spinowych, a nie trzech, jak to ma miejsce w modelu Heisenberga). Podważyli oni w ten sposób znane twierdzenie Mermina-Wagnera, że układy dwu-wymiarowe z  oddziaływaniem Heisenberga nie mogą się porządkować magnetycznie w niezerowych temperaturach. Udowodnili, że możliwe jest niejednorodne przestrzennie uporządkowanie spinowe w postaci par worteks – antyworteks (wir  w lewo - wir w prawo). Główne artykuły zostały opublikowane w czasopiśmie specjalistycznym Journal of Physics: Solid State Physics w 1972 i 1973 roku (obecnie: J. Phys.: Condens. Matter). Należy nadmienić dwie rzeczy: podobne koncepcje rozwijał niezależnie fizyk rosyjski V. L. Berezinskii w latach 1971-72. Z kolei Duncan Haldane rozwinął koncepcje topologiczne dla łańcuchów jedno-wymiarowych spinów i wykazał szereg ich nietypowych własności  (np. istnienie tzw. przerwy spinowej).

Jest zadziwiającym, jaką rolę odegrały układy czysto spinowe i ich modelowanie w rozwoju fizyki stanów kolektywnych, przejść fazowych i zjawisk krytycznych (osobliwości wielkości mierzalnych), związanych z tymi przejściami. Koronnym klasycznym przykładem jest teoria takich zjawisk krytycznych opracowana przez K. G. Wilsona startująca z przybliżonej teorii L. D. Landaua tych przejść fazowych. Układy spinowe są bowiem tymi, dla których można zsyntetyzować i zbadać eksperymentalne przewidywania dobrze rozwiązanych modeli teoretycznych. Taką rolę zaczynają też odgrywać obecnie układy atomowe w tzw. sieciach optycznych. W ten sposób znakomicie objawia się jednolitość teorii (ujęcia czysto matematycznego)
z doświadczalnym potwierdzeniem ilościowym tych koncepcji. A te dwa nierozerwalne aspekty opisu Przyrody są właśnie istotą fizyki.

Notatkę sporządził prof. dr hab. Józef Spałek
więcej informacji na temat Nobla z fizyki 2016 na stronach:

https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2016/advanced-physicsprize2016.pdf