Φυσική: Η ύλη όπως δεν τη γνωρίζουμε

Υπεραγωγοί, υπερρευστά και διάφορα άλλα «υπέρ»: λέξεις που επινοήθηκαν για να περιγράψουν καταστάσεις της ύλης που δεν βλέπουμε ποτέ στην καθημερινή ζωή. Οι τρεις εφετινοί νομπελίστες Φυσικής βραβεύονται επειδή βρήκαν όχι τις λέξεις αλλά τα μαθηματικά που απαιτούνται για την περιγραφή και την κατανόηση της ύλης στα πιο παράξενά της. Και το έργο τους έχει άμεση σχέση με τους μαγνητικούς τομογράφους, τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων αλλά και την υπόσχεση των κβαντικών υπολογιστών.

Ντέιβιντ Θουλες. Γεννήθηκε το 1934 στη Σκωτία. Σήμερα είναι επίτιμος καθηγητής του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον στο Σιάτλ

Το ερευνητικό τρίο (ο Ντέιβιντ Θούλες, που κέρδισε το μισό Νομπέλ, και οι Ντάνκαν Χάλντεϊν και Μάικλ Κόστερλιτζ που μοιράστηκαν το υπόλοιπο μισό) ουσιαστικά εξέτασε τι συμβαίνει στην επιφάνεια ορισμένων υλικών όταν ψύχονται κοντά στο απόλυτο μηδέν. Σε αυτές τις θερμοκρασίες τα άτομα ησυχάζουν από την αδιάκοπη φρενίτιδα που προκαλεί η θερμότητα και αρχίζουν να αποκαλύπτουν τον βαθύτερο, κβαντικό χαρακτήρα τους: ορισμένα υλικά γίνονται υπερρευστά και μπορούν να σκαρφαλώνουν τα δοχεία τους και να συνεχίζουν να ρέουν και να ρέουν χωρίς σταματημό. Αλλα πάλι γίνονται υπεραγωγοί και ξαφνικά αφήνουν το ηλεκτρικό ρεύμα να περάσει χωρίς καμία αντίσταση, όπως συμβαίνει με τους ισχυρούς υπεραγώγιμους μαγνήτες σε τομογράφους, επιταχυντές και άλλες εφαρμογές υψηλών απαιτήσεων.

Ντάνκαν Χάλντεϊν. Γεννήθηκε το 1951 στη Βρετανία. Σήμερα είναι καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον στην Καλιφόρνια

Οι παράξενες αυτές ιδιότητες εξαφανίζονται πέρα από ένα όριο θερμοκρασίας και οι τρεις εφετινοί νομπελίστες εξήγησαν το γιατί. Περιέγραψαν επίσης αντίστοιχα φαινόμενα που εκδηλώνονται μόνο στην επιφάνεια ορισμένων υλικών ή σε πολύ λεπτά φιλμ. Παράδειγμα είναι οι λεγόμενοι τοπολογικοί μονωτές, οι οποίοι συμπεριφέρονται ως αγωγοί στην επιφάνειά τους, ενώ περιέργως το εσωτερικό τους παραμένει μονωτής.

Το σημαντικότερο που πέτυχαν οι τρεις ερευνητές είναι ότι απέδειξαν πως τα φαινόμενα αυτά εξηγούνται με τα εργαλεία της Τοπολογίας, κλάδου των Μαθηματικών για δυνατούς λύτες, ο οποίος περιγράφει τη γεωμετρία αντικειμένων όταν τεντώνονται και παραμορφώνονται χωρίς να σπάνε. Για παράδειγμα, η Τοπολογία περιγράφει τα διακριτά βήματα που πρέπει να ακολουθήσει κανείς για να δέσει μια σφαίρα κόμπο σε πέντε διαστάσεις. Αυτό που μάθαμε από τους τρεις κορυφαίους φυσικούς είναι ότι οι εξωτικές καταστάσεις της ύλης που εκδηλώνονται μόνο στο ακραίο ψύχος προκύπτουν από τοπολογικές μεταμορφώσεις, περίπου όπως η μεταμόρφωση μιας σφαίρας σε μπλεγμένο κουβάρι. Γι’ αυτό και η επιτροπή των Νομπέλ στη Σουηδία τους βράβευσε για «θεωρητικές ανακαλύψεις τοπολογικών μεταπτώσεων φάσης και τοπολογικών φάσεων της ύλης».

Μάικλ Κόστερλιτζ. Γεννήθηκε στη Βρετανία το 1942. Σήμερα είναι καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Μπράουν του Νιου Τζέρσεϊ

Στην πράξη, η μαθηματική εξήγηση στην οποία κατέληξαν ανοίγει τον δρόμο για την ανακάλυψη κι άλλων ασυνήθιστων ιδιοτήτων στο βασίλειο του ψύχους, μια αναζήτηση που συνεχίζεται σε εργαστήρια σε όλον τον κόσμο. Η μεγάλη ελπίδα είναι ότι οι παράξενες τοπολογικές φάσεις της ύλης θα αξιοποιηθούν σε εξαρτήματα για την επανάσταση των κβαντικών υπολογιστών ή ακόμα και σε υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας για δίκτυα ηλεκτροδότησης χωρίς απώλειες.

Φανταστείτε μια δραστική μείωση στον λογαριασμό της ΔΕΗ. Αυτό κι αν θα ήταν παράξενο!