Nobel Vật lý 2016: Mở ra cánh cửa để bước vào một thế giới chưa từng được biết đến

Theo Quỹ Nobel, hình học tô-pô đề cập đến “một nhánh của toán học mô tả các thuộc tính thay đổi từng bước một. Trong tô-pô học, vật chất được mô tả như những đối tượng toán học với một số “lỗ” nhất định.

Thors Hans Hansson – một thành viên của ủy ban vật lý Nobel đã sử dụng một số đạo cụ để giải thích về vấn đề này: một chiếc bánh vòng, một chiếc bánh quy xoắn và một chiếc bánh quế. Ông nói rằng, trong khi chúng khác nhau theo rất nhiều cách, thì với con mắt của các nhà nghiên cứu về tô-pô, điểm khác biệt duy nhất là số lỗ mà chúng có: bánh xoắn có 2 lỗ, bánh vòng có 1 lỗ và bánh quế không có lỗ nào. Trong thế giới tô-pô, việc thay đổi từ một chất dẫn bình thường sang chất siêu dẫn có thể chỉ tương đương với việc biến đổi một chiếc bánh vòng thành 1 chiếc bánh quế.

Ủy ban Nobel cho biết những khám phá của bộ ba này đã “mở ra cánh cửa để bước vào một thế giới chưa từng được biết đến”

Những phát hiện về lý thuyết này cho thấy khả năng về một thế giới kỳ lạ nơi vật chất có thể ở các trạng thái kỳ lạ và khác nhau. Bằng các phương pháp toán học cao cấp, bộ ba nhà nghiên cứu này đã kiểm tra các trạng thái bất thường của vật chất, chẳng hạn như các chất siêu lỏng, hoặc các chất giống như chất lỏng nhưng không có độ nhớt hoặc không bị chảy. Ở chất siêu lỏng, không có ma sát cản trở dòng chảy của chất lỏng và do đó các hạt của nó hoạt động như một siêu hạt. Một trạng thái bất thường khác của vật chất là các tấm phim từ tính mỏng và siêu dẫn.

Một số ví dụ về các trạng thái kỳ lạ của vật chất như: các xoáy nước bằng chất siêu lỏng sẽ tiếp tục quay mãi mãi mà không bị chậm lại, và khi dòng điện chạy qua thì sẽ không có điện trở và xuyên qua chất siêu dẫn.

Theo tuyên bố của Quỹ Nobel, “nhờ vào nghiên cứu tiên phong của họ, cuộc ganh đua hiện tại là tìm kiếm các giai đoạn mới và kỳ lạ của vật chất. Nhiều người đang hy vọng vào việc áp dụng công trình nghiên cứu này vào các ứng dụng cả về cả khoa học và các thiết bị điện tử”.

Một ví dụ cụ thể về tính chất vật lý của vật chất lạ

Sự chuyển tiếp giai đoạn xảy ra khi vật chất chuyển từ giai đoạn này sang một giai đoạn khác, chẳng hạn như khi đá tan chảy và trở thành nước.

Kosterlitz và Thouless đã mô tả một dạng chuyển pha như vậy trong một lớp rất mỏng của vật chất rất lạnh.

Trong cái lạnh, dạng xoáy (sơ đồ bên trái) tạo thành các cặp đôi chặt chẽ, nhưng ở các nhiệt độ cao hơn, khi quá trình chuyển đổi xảy ra, chúng bị chia tách và rời ra theo các hướng khác nhau.

Theo giáo sư Nigel Cooper từ trường Đại học Cambridge, các nhà khoa học hiện đang tìm hiểu xem liệu các khái niệm về tô-pô có thể sử dụng trong “các thiết bị lượng tử mạnh mẽ có thể làm những việc mà các máy tính cổ điển hoặc các yếu tố trong mạch điện cổ điển không thể làm được” Các khía cạnh của tô-pô có thể làm cho tin học lượng tử mạnh mẽ hơn để chống lại sự phá hủy bởi môi trường nhiễu thông thường. Ngoài ra, kim loại pô-tô cũng có thể được sử dụng trong sản xuất dây dẫn hoặc bán dẫn cải tiến.

Anh Thư (Tổng hợp)