Nobel Vật lý vinh danh "bí mật các vật chất lạ"

Giải Nobel Vật lý 2016 đã được trao cho ba nhà khoa học đang làm việc ở Mỹ với các phát hiện về lý thuyết quá trình chuyển hoá tô pô và các pha tô pô của vật chất.

Viện hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển hôm 4/10 công bố giải Nobel Vật lý 2016 thuộc về ba nhà khoa học người Anh đang làm việc tại Mỹ là David Thouless của Đại học Washington ở Seattle, Duncan Haldane của Đại học Princeton ở New Jersey và Michael Kosterlitz của Đại học Brown ở Providence. 

Các nhà khoa học được vinh danh nhờ các phát hiện về lý thuyết quá trình chuyển hoá tô pô và các pha tô pô của vật chất (topological phase transitions and topological phases of matter).

Theo ABC News, hình học tô pô (topology) là một nhánh của toán học giải thích nguyên nhân điện dẫn suất bên trong các lớp mỏng thay đổi theo các bước số nguyên. Nó nghiên cứu đặc tính của các vật thể vẫn không thay đổi, được bảo toàn dù vật thể bị biến dạng. Do vậy, nó còn được gọi là "hình học của màng cao su", trở thành một trong những lĩnh vực quan trọng của toán học giai đoạn thập niên 1970.

Thông báo của Uỷ ban Nobel nói các nhà khoa học đã phát hiện ra bí mật của các “vật chất lạ... mở cánh cửa về thế giới mà vật chất có thể chuyển sang các trạng thái khác thường”. 

“Họ đã dùng các phương pháp toán học cấp cao để nghiên cứu các trạng thái khác thường của vật chất, ví dụ như trạng thái siêu bán dẫn, siêu lỏng, hay các từ trường mỏng”.

Ứng dụng khoa học và điện tử 

Theo Uỷ ban Nobel, các nghiên cứu này mở đường cho cuộc tìm kiếm các trạng thái mới và lạ của vật chất và họ hy vọng vào khả năng áp dụng của nghiên cứu cho các ứng dụng về khoa học và các thiết bị điện tử. 

Đầu những năm 1970, Kosterlitz và Thouless lật ngược các lý thuyết trước đó cho rằng tình trạng siêu bán dẫn và siêu chất lỏng không thể xảy ra ở các lớp mỏng.

Họ chứng minh rằng siêu dẫn có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp và đồng thời giải thích được cơ chế chuyển trạng thái mà khiến siêu bán dẫn biến mất ở nhiệt độ cao. 

Tô pô là loại hình học nghiên cứu tính chất của các hình dạng và các mặt vẫn bất biến dưới tác dụng kéo giãn, bẻ cong, co nén, và xoắn. Không giống như những hình học khác, tô pô học không xét độ lớn của các chiều dài và các góc, nó là một môn hình học phi định lượng.

Nói cách khác, môn này chỉ nghiên cứu tính chất vị trí của các hình dạng và các mặt.

Ngạc nhiên về giải thưởng

Tại cuộc họp báo sau tuyên bố giải, giáo sư Haldane phát biểu qua điện thoại rằng: "Tôi, cũng như những người khác, vô cùng ngạc nhiên và hạnh phúc. Rất nhiều nghiên cứu mới dựa trên công trình nghiên cứu cơ bản này của chúng tôi đang diễn ra".

Giáo sư Haldane (sinh năm 1951) là nhà vật lý người Anh. Ông lần lượt nhận bằng thạc sĩ và tiến sĩ ở Anh, rồi sau đó chuyển sang làm việc tại các đại học Mỹ. Ông giảng dạy và nghiên cứu tại Đại học Princeton từ năm 1990 đến nay.

Giáo sư Kosterlitz vốn là con trai của nhà nghiên cứu về sinh hóa nổi tiếng. Ông cũng nhận bằng thạc sĩ và tiến sĩ ở Anh. Từ năm 1982, ông là giáo sư giảng dạy về vật lý tại Đại học Brown, một trong những đại học chất lượng hàng đầu ở Mỹ.

Ông Thouless (sinh năm 1934) là nhà nghiên cứu chuyên về vật lý các chất ngưng tụ. Trước khi nhận giải Nobel năm 2016, ông cũng từng nhận giải Wolf của Israel, được xem là giải thưởng danh giá thứ 2 của giới vật lý và hóa học sau giải Nobel.

Thouless tốt nghiệp tiến sĩ tại ĐH Cornell, dưới sự hướng dẫn của nhà vật lý Hans Bethe (giải Nobel năm 1967), sau đó lần lượt là giáo sư tại Đại học Birmingham (Anh) rồi Đại học Washington (Seattle) đến nay.

Thouless có nhiều đóng góp về lý thuyết hệ thống mở rộng của các nguyên tử, electron và các hạt nucleon. Ông cũng nghiên cứu và xuất bản các công trình về hiện tượng siêu dẫn và hạt nhân...

Nhà khoa học Thouless sẽ được một nửa của 8 triệu kronor Thuỵ Điển (937.000 USD), trong khi hai nhà khoa học còn lại chia đôi nửa phần thưởng còn lại. 

Kể từ năm 1901 đến năm 2015, giải Nobel Vật lý đã được trao 109 lần cho 200 cá nhân. Người trẻ nhất nhận giải là Lawrence Bragg, 25 tuổi vào năm 1915 trong khi người lớn tuổi nhất được vinh danh là Raymond Davis Jr, 88 tuổi, vào năm 2002.

John Bardeen là nhà khoa học duy nhất 2 lần nhận giải Nobel Vật lý cho công trình nghiên cứu chất bán dẫn và siêu dẫn.

Năm ngoái, hai nhà khoa học Takaaki Kajita (Nhật Bản) và Arthur B. McDonald (Canada) được trao giải Nobel Vật lý cho công trình nghiên cứu chứng minh hạt neutrino có khối lượng. Phát hiện này làm thay đổi hiểu biết của nhân loại trong lĩnh vực nghiên cứu vũ trụ.

Hôm 3/10, mùa giải Nobel 2016 chính thức khởi động với giải Nobel Y sinh trao cho nhà khoa học Nhật Bản Yoshinori Ohsumi. Giáo sư của Viện Công nghệ Tokyo được vinh danh cho khám phá về cơ chế tự thực (tự ăn chính mình) và tái tạo của tế bào.

Những giải sẽ được công bố tiếp theo gồm Hóa học (ngày 5/10), Hòa bình (7/10) và Kinh tế (10/10). Ủy ban chưa định ngày để trao giải Nobel Văn chương.