Header Ads

Ba nhà khoa học người Anh đoạt giải Nobel Vật lý 2016

Ba nhà khoa học Anh quốc làm việc tại Hoa Kỳ đã đoạt giải Nobel Vật lý 2016 cho nghiên cứu về 'tính trạng kì lạ' của vật chất, có thể mở đường cho máy tính lượng tử và những công nghệ tương lai khác.

Hình vẽ ba khoa học gia David Thouless, Duncan Haldane và Michael Kosterlitz đã đoạt giải Nobel Vật lý 2016.
Hình vẽ ba khoa học gia David Thouless, Duncan Haldane và Michael Kosterlitz đã đoạt giải Nobel Vật lý 2016.

Ngày 4/10/2016, ba nhà khoa học người Anh là David Thouless, Duncan Haldane và Michael Kosterlitz đã đoạt giải Nobel Vật lý 2016 cho nghiên cứu về trạng thái kì lạ của vật chất. Cả ba được trao 8 triệu kronor Thụy Điển (khoảng 20 tỷ 750 triệu đồng Việt Nam) cho nghiên cứu của mình tại Viện Khoa học Hoàng gia Thụy Điển ở thủ đô Stockholm.

Công trình nghiên cứu của họ là về quá trình chuyển pha topo và các giai đoạn topo của vật chất. Họ dùng một nhánh của Toán học được gọi là topology (cấu trúc liên kết) để xác định những đặc tính bên trong vật chất. Công trình nghiên cứu được bắt đầu từ thập niên 1970.

Sử dụng mô hình toán học tân tiến, họ đã chứng minh được chất siêu dẫn – chất mà electron có thể chạy xuyên qua với lực cản bằng không – có thể có một đặc điểm mà chưa từng được biết tới, là có một lớp vật chất mỏng kì lạ ở bề mặt của những chất này.

Trong những năm 1980, họ đã công bố rằng “chất siêu dẫn khi chuyển từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ cao sẽ biến mất tính siêu dẫn” và cho rằng chính bản chất topo của chúng đã làm nên điều này. Lúc này, Tiến sĩ Thouless đã đưa ra khái niệm về topo và có thể sử dụng nó trong thuộc tính của chuỗi nam châm nhỏ được tìm thấy trong vài dạng vật chất.

“Tôi rất ngạc nhiên và vui mừng. Sẽ có nhiều khám phá khoa học to lớn khác dựa trên nền tảng công trình nghiên cứu của chúng tôi. Chúng tôi hy vọng nhiều loại vật chất mới được tìm ra và có tác động to lớn đến chúng ta.” nhà khoa học Haldane cho biết.

Minh họa về topology của vật chất. Đồ họa: Viện Khoa học Hoàng gia Thụy Điển.

Thors Hans Hansson, một thành viên của Ủy ban giải Nobel Vật lý, đã minh họa một số thí dụ để giải thích về topo. Ông cầm trên tay chiếc bánh mì vòng bagel và chiếc bánh bột quế, rồi nói rằng hình dạng của những chiếc bánh này có thể thay đổi khác nhau, song điều không thay đổi chính là số lỗ. Bánh quy pretzel có hai lỗ, bánh bagel có một và bánh quế thì không.

Topo là tính chất của vật chất khiến chúng không thay đổi dù đối tượng có bị kéo dài, xoắn hoặc biến dạng theo bất cứ cách nào. Và lỗ là một trong số những thứ không bị thay đổi. Số lượng lỗ vẫn không thay đổi dù cho vật chất có bị thay đổi theo bất cứ hình dạng nào.

Từ suy nghĩ này, các nhà khoa học có thể tìm thấy các dạng vật chất mới dựa vào những vật chất truyền thống khi chúng tồn tại ở những trạng thái đặc biệt.

“Các trạng thái của vật chất quanh ta là vô cùng phức tạp. Nhiệm vụ của vật lý là giải thích những điều chưa biết về thế giới vật chất bằng cách dễ hiểu và dự đoán những hiện tượng mới. Đây là một công việc rất khó khăn, vì các vật chất thông thường có thể chứa đến hàng tỷ tỷ nguyên tử và tất cả chúng đều tương tác với nhau,” nhà vật lý Steve Bramwell tại Đại học London cho biết.

“Nghiên cứu này như một bước đột phá trong sự hiểu biết và tính toán về tính chất của nhiều hệ thống vật chất. Trong lĩnh vực khoa học máy tính, nó đã mở ra hiểu biết mới về thông tin lưu trữ trên ổ cứng. Nhiều nhà khoa học đã vướng phải lý thuyết mà ba ông Kosterlitz, Thouless và Haldane đã tìm ra.”

Cái nhìn mới và rất sâu sắc về topo sẽ cho chúng ta một bước tiếp cận gần hơn đến các ngành công nghiệp siêu dẫn, điện tử và máy tính. Dựa vào những lý thuyết mới được khám phá, chúng ta sẽ tìm ra những dạng vật chất mới ở các trạng thái khác nhau của vật chất thông thường.

Một nửa giải thưởng sẽ được trao cho ông Thouless, 82 tuổi, sinh ra tại Bearsden ở Scotland. Một nửa còn lại sẽ được chia đều cho Duncan Haldane, 65 tuổi, sinh tại London, và Michael Kosterlitz, sinh ở Aberdeen vào năm 1942.

Hiện nay, cả ba người đang sinh sống tại Hoa Kỳ. Tiến sĩ Thouless đang giảng dạy tại Đại học Washington, Tiến sĩ Haldane đang nghiên cứu tại Đại học Princeton và Tiến sĩ Kosterlitz đang công tác tại Đại học Brown.

Năm ngoái, giải Nobel Vật lý đã được trao cho khám phá dao động của neutrino, cho thấy rằng neutrino có khối lượng của hai nhà khoa học Takaaki Kajita và Arthur B. McDonald tới từ Nhật Bản và Canada. Đọc bài viết ở đây.

Tải tài liệu:
- Giải thích về topology dễ hiểu
- Giải thích về topology chuyên sâu

Anh Tuấn Nguyễn theo The New York Times