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

Google Photos Assistant có thể làm gì cho bạn?

Bạn đang sử dụng Google Photos trên điện thoại của mình? Bạn đã biết hết các tính năng hữu ích của nó? Một trong những tính năng tốt nhất mà nó mang lại là Google Photos Assistant, một trợ lý ảo được tích hợp, có thể

Hướng dân làm nhiều điện thoại cùng vang lên đồng thời một bản nhạc EDM

Hãy tưởng tượng trong đám bạn của bạn có đến 20 chiếc smartphone cùng vang lên đồng thời một bản nhạc EDM thì sao nhỉ?

Tiện ích Reaction Packs for Facebook khiến tính năng Reaction thú vị hơn

Cần lưu ý thêm với bạn đọc là tiện ích này hiện chỉ sử dụng được trên trình duyệt Google Chrome, Cốc Cốc hoặc những trình duyệt tương đương khác trên máy tính.

Cách chèn video vào PowerPoint nhanh chóng

Để có sức truyền đạt hơn đối với người nghe thì PowerPoint cho phép bạn chèn thêm những video để bài giảng của bạn thêm hấp dẫn và sinh động hơn, nhiều bạn không biết chèn video như thế nào bạn có thể tham khảo qua bài

Top 4 cách kiểm tra Macbook cũ tránh bị lừa “ tiền mất tức mang”

Macbook là dòng máy tính xách tay cao cấp có giá trị cao, nên nhiều người muốn sở hữu phải lựa chọn hàng cũ đã qua sử dụng. Máy cũ giá rẻ hơn nhưng lại gặp nhiều rủi ro, người dùng cần phải biết cách kiểm tra máy để

ĐÁNH GIÁ NHANH

Đánh giá máy nghe nhạc Astell & Kern AK70

Thiết kế Một trong những điểm mạnh của Astell & Kern là phong cách thiết kế sang trọng, mạnh mẽ,...

Đánh giá Nokia 5: chiếc “iPhone” đầu tiên của Nokia

Nokia 5 mang đến cái cảm giác giống với iPhone 2G – iPhone đầu tiên của Apple. Dù vậy, vẻ ngoài vuông vắn hay những thứ đến từ bên trong của Nokia 5 vẫn mang cái hồn của Nokia.

Trên tay Mi Mix 2: bản đặc biệt rất đẹp, chế tạo bằng cách nung 7 ngày ở 1400 độ

Theo mình, Mi Mix 2 bản tiêu chuẩn nên gọi là Mi Mix S vì Mi Mix 2 “xịn” phải là Mi Mix 2 bản đặc biệt. Bản tiêu chuẩn có thay đổi cả bên trong lẫn bên ngoài nhưng nhìn thoáng qua sẽ thấy không thật sự đặc biệt. Trong