Нобелевская премия по физике: чем важно открытие топологических фазовых переходов

Лауреатами Нобелевской премии по физике в 2016 году стали Дэвид Таулесс (David Thouless) из Вашингтонского университета, Дункан Халдейн (Duncan Haldane) из Принстонского университета и Майкл Костерліц (Michael Kosterlitz) с Брауновського университета - "за теоретические открытие топологических фазовых переходов и топологические фазы материи".

Значимость открытия с точки зрения его практического применения прокомментировал для ZN.UA Сергей Шарапов, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией отдела нелинейной физики конденсированного состояния Института теоретической физики им. М. Боголюбова НАН Украины:

- Нобелевская премия по физике за 2016 год оказалась неожиданностью для большинства специалистов, поскольку она присуждена трем физикам-теоретикам в области физики конденсированного состояния: Дэвиду Таулессу, Дункану Халдейну и Майклу Костерлицу с формулировкой "за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологические фазы материи".

Первые работы Костерлица и Таулесса датируются началом 70-х годов прошлого столетия. Речь идет о так называемом фазовом переходе Костерлица-Таулесса (КТ). Теоретическое, а затем и экспериментальное открытие перехода КТ существенно изменило парадигму физики конденсированного состояния. Старая парадигма отрицала существование явлений сверхтекучести или сверхпроводимости, да и вообще любого упорядоченного состояния в двумерных системах. (Напомню недавнее экспериментальное открытие такой двумерной системы графен, который образован единственным слоем атомов, существование которого считалось теоретически запрещенным).

Необходимо подчеркнуть, что постсоветские физики называют КТ-переход переходом Березинского-Костерлица-Таулесса (БКТ), так как работы советского физика, к тому же, выполненные ранее, тоже существенно повлияли на развитие этой отрасли. Впрочем, как иронически говорил о себе Нобелевский лауреат Виталий Гинзбург: "Главная моя заслуга, что я все-таки дожил до своей Нобелевской премии, а многие выдающиеся ученые – нет." Жаль, но это касается и родившегося в Киеве Вадима Березинского, имя которого упоминается в научном обосновании Нобелевского комитета.

Другие работы Давида Таулесса (а он получил половину денежного содержания премии), которые упоминаются в пресс-релизе Нобелевского комитета, посвященные более глубокому пониманию целочисленного квантового эффекта Холла в терминах так называемых топологических инвариантов, или чисел Черна. Все это показывает глубокую связь между современной теоретической физикой и математикой.

Если говорить о практическом применении результатов, то следует заметить, что вся современная электронная промышленность давно уже использует именно устройства, работающие в условиях квантового эффекта Холла в качестве метрологического стандарта электрического сопротивления: без этого невозможно создать ни один гаджет. Для своей работы стандарты сопротивления обычно требуют сильного магнитного поля, создать которое непросто и часто дорого. Но ситуация изменилась в 2013 году благодаря наблюдению квантового эффекта Холла в магнитных топологических изоляторах, описание которого было бы невозможно без теоретических исследований Дункана Халдейна.

В заключение отмечу, что сейчас в Украине осталось не так много специалистов, которые понимают и могут научить студентов всем нюансам, связанным с результатами, отмеченными этой премией. И, к сожалению, когда спрашивают о вероятности украинского Нобелевской премии, то актуален вопрос не "когда ее получит ученый, который работает в Украине?", а будут ли в Украине при таком отношения ее властей к образованию и науке через 10 лет специалисты, способные хотя бы понять и рассказать другим, за что именно присудили очередную Нобелевскую премию по физике, а также другой когнитивной науке.