Nobel Vật lý 2016 và bí ẩn về các vật chất lạ

Cho vài viên đá lên chảo nóng trên bếp, trong vòng vài phút, bạn sẽ quan sát được ba trạng thái phổ biến nhất của vật chất: rắn, lỏng, khí. Nhưng ở một giới hạn đặc biệt của tự nhiên, như khi đạt gần tới không độ tuyệt đối (−273° C), các trạng thái này sẽ bước vào một giai đoạn mới vô cùng kỳ lạ. Các nhà khoa học đạt giải Nobel Vật lý 2016 đã giúp nhân loại hiểu biết về những điều như vậy. Họ đã 'mở ra cánh cửa về một thế giới khác, nơi vật chất có thể chuyển sang các trạng thái khác thường'.


Ba nhà khoa học gốc Anh David Thouless, Duncan Haldane và Michael Kosterlitz, hiện đang sinh sống tại Mỹ, đã trở thành những chủ nhân của giải Nobel Vật lý 2016 công bố hôm qua (4/10). David Thouless giành một nửa giải thưởng, trong khi Ducan Haldane và Michale Kosterlitz chia nhau phân nửa giải thưởng còn lại.


Khám phá những đặc tính kỳ lạ của vật chất




Ba nhà khoa học đạt giải Nobel Vật lý 2016 (theo thứ tự từ trái sang) David Thouless, Duncan Haldane và Michael Kosterlitz.

Bộ ba nhà khoa học nêu trên đã sử dụng phương pháp hình học tô pô (topology), một nhánh của toán học, để giải thích những trạng thái kỳ lạ của của vật chất như siêu dẫn và siêu lỏng ở nhiệt độ thấp.


Tô pô hay tô pô học có gốc từ trong tiếng Hy Lạp là topologia, gồm topos (nghĩa là 'nơi chốn') và logos (nghiên cứu), là một ngành toán học nghiên cứu những đặc tính bất biến của vật chất qua các sự biến dạng, sự xoắn và sự kéo giãn nhưng ngoại trừ việc xé rách và việc dán dính. Hình học tô pô mô tả hình dạng và cấu trúc của vật chất bằng các đặc điểm cơ bản như số lượng lỗ. Ngành toán học này không phân biệt một chiếc cốc hay một cái vòng, chúng đều giống nhau vì chỉ có 1 lỗ, nhưng lại khác với chiếc bánh xoắn vì nó có 2 lỗ.


Trong điều kiện bình thường, vật chất gồm 3 dạng là khí, lỏng và rắn. Tuy nhiên, trong điều kiện cực nóng hoặc cực lạnh, vật chất biến dạng thành những trạng thái hiếm hơn. Nghiên cứu của các nhà khoa học lần này là dùng tô pô học để giải thích những biến dạng bí ẩn ấy.


Các lý thuyết cũ cho rằng tình trạng siêu bán dẫn và siêu lỏng không thể xảy ra ở các lớp mỏng. Nhưng vào đầu những năm 1970, Kosterlitz và Thouless đã lật ngược các lý thuyết này.


Họ dùng những chiếc bánh 3 hình dạng gồm hình khối (không có lỗ), chiếc bánh vòng (1 lỗ) và bánh xoắn (2 lỗ) để giải thích cho nghiên cứu của mình, và trên thực tế đã phát hiện ra những phản ứng bất ngờ về trạng thái của chất rắn.


Trong thập niên 1980, nhà khoa học Thouless đã giải thích được một thí nghiệm trước đó với các màng dẫn điện mỏng, trong đó độ dẫn được đo một cách chính xác như các khoảng cách nguyên. Ông cho thấy những khoảng cách nguyên đó mang tính tô pô học về bản chất. Cũng vào thời gian đó, nhà khoa học Duncan Haldance phát hiện ra cách các khái niệm tô pô học có thể được sử dụng để hiểu những thuộc tính của các chuỗi nam châm nhỏ được tìm thấy trong một số vật liệu.




Hình học tô pô mô tả hình dạng và cấu trúc của vật chất bằng các đặc điểm cơ bản như số lượng lỗ. Ví dụ như cặp kính có 2 lỗ, chiếc chén có 1 lỗ, chiếc bánh ngọt có 3 lỗ.

Ba nhà khoa học đã chứng minh được rằng siêu dẫn có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp, khi mà hiệu ứng lượng tử xuất hiện, đồng thời giải thích được cơ chế chuyển trạng thái khiến siêu bán dẫn biến mất ở nhiệt độ cao.


Bước tiến cho nhân loại


Các nhà khoa học đạt giải thưởng Nobel Vật lý năm nay đã chứng minh nhiều vật liệu trong thực tế có thể đặc trưng bằng nguyên lý toán học của hình học tô pô. Nói cách khác, với những nghiên cứu của họ, giờ đây chúng ta biết nhiều trạng thái tô pô học, không chỉ ở trong các màng và sợi mỏng mà trong các vật liệu ba chiều thông thường.


Trong thập niên qua, lĩnh vực này đã thúc đẩy những nghiên cứu tiên tiến trong vật lý vật chất cô đặc. Trong tương lai, những vật liệu tuân theo hình học tô pô có thể là tiền đề cho thế hệ điện tử mới, bao gồm cả máy tính lượng tử, cũng như mở đường cho việc sản xuất những vật liệu mới hoàn toàn, chẳng hạn siêu dẫn.


Giải Nobel Vật lý 2016 về tay bộ ba nhà khoa học
Cập nhật: 05/10/2016
Theo hanoimoi

TIN LIÊN QUAN

Giải Nobel Vật lý 2016 về tay bộ ba nhà khoa học

Giải Nobel Vật lý 2016 vừa được quyết định trao cho ba nhà khoa học David Thouless, Duncan Haldane và Michael Kosterlitz.

Giáo sư Anh bình thản đi dạy sau khi đoạt giải Nobel Vật lý

Giáo sư Duncan Haldane vẫn tiếp tục công việc giảng dạy hàng ngày sau khi biết tin giành giải thưởng Nobel Vật lý 2016.

Giải thích Nobel Vật lý 2016 với 500 từ: hãy đếm số lỗ trên ổ bánh mì

Nobel Vật lý năm nay được trao cho 3 nhà khoa học với công trình nghiên cứu bắt đầu từ những năm 70 - 80 của thế kỷ trước nhằm giải thích cho những thứ lạ lùng xảy ra đối với vật...

Mùa trao giải Nobel 2016 bắt đầu hôm nay

Mùa trao giải Nobel 2016 sẽ chính thức bắt đầu vào hôm nay. Vào 17 giờ 30 chiều nay, giải Nobel đầu tiên được công bố là giải Nobel Sinh lý học và Y khoa hay gọi tắt là Nobel sinh y học.

Video: Người đạt giải Nobel đầu tiên phát minh ra cái gì?

Giải Nobel được trao cho các cá nhân và tổ chức có thành tựu xuất sắc trong nhiều lĩnh vực. Tuy nhiên, bạn có bao giờ thắc mắc người đầu tiên đạt giải Nobel là ai chưa?

THỦ THUẬT HAY

Không còn nút Home nữa thì chụp ảnh màn hình iPhone X kiểu gì ta?

Làm thế nào để có thể chụp màn hình iPhone X nếu nó không có nút Home? Bạn sẽ thấy cách làm dễ hơn bao giờ hết khi đọc bài viết này.

Bitdefender TrafficLight: add-on bảo vệ người dùng cho trình duyệt Firefox

Bảo vệ an toàn khi sử dụng trình duyệt là điều mà người dùng cực kỳ quan tâm. Mới đây, Bitdefender cung cấp add-on cho trình duyệt Firefox để bảo vệ người dùng với tên gọi Bitdefender TrafficLight. Các bạn hãy cài đặt

Tạm biệt tin nhắn rác trên Android, tại sao không?

Tin nhắn rác, hay spam luôn là nỗi khó chịu đối với người sử dụng điện thoại, bạn đang chờ tin nhắn báo lương mà nhận được một loạt quảng cáo bán sim, cầm đồ, bán xe,.... 100% bạn sẽ 'điên' lên mất.

9 thủ thuật hữu ích trên bàn phím iPhone mà bạn nên biết

Những thủ thuật bàn phím iPhone này không những giúp bạn thao tác được dễ dàng và nhanh chóng và còn mang lại những trải nghiệm vô cùng thú vị.

Tính năng Timeline đã dần xuất hiện trong các bản build Windows 10 Redstone 4(insider preview )

Mặc dù đã không thể 'chung bước' cùng Windows 10 Fall Creators Update như những gì hãng đã vạch ra từ đầu, tính năng này đã dần xuất hiện trên các bản build Insider Preview của Windows 10 Redstone 4.

ĐÁNH GIÁ NHANH

Đánh giá camera Xiaomi Mi A2 Lit: Tốt nhất trong tầm giá hiện nay

Camera chính Xiaomi Mi A2 Lite bao gồm hai cảm biến. Cảm biến chính có độ phân giải 12MP, khẩu độ f/2.2 và kích thước điểm ảnh rất lớn lên tới 1,25um. Cảm biến còn lại có độ phân giải 5MP, dùng để đo chiều sâu và hỗ

Đánh giá nhanh LG V20: thiết kế linh hoạt, màn hình đẹp, hiệu năng tốt

Không chỉ tối ưu thiết kế so với người tiền nhiệm, LG V20 còn được bổ sung thêm nhiều tính năng mới độc đáo với bộ cấu hình khủng và hệ điều hành Android 7.0 Nougat.

Đánh giá nhanh Sony XA2 Ultra mới xem có gì "ngon"

Cũng như bất kỳ sản phẩm nào của Sony, Xperia XA2 Ultra vẫn không ngoại lệ khi giữ cho mình vẻ đẹp'truyền thống' trong phong cách thiết kế.