Nobelprijs voor Natuurkunde gaat naar topologische fase-overgangen

Prijswinnaars Michael Kosterlitz, Duncan Haldane en David Thouless

De Nobelprijs voor Natuurkunde is toegekend aan drie Britten: David Thouless, Duncan Haldane en Michael Kosterlitz voor de ontdekking van topologische fase-overgangen, een quantummechanisch verschijnsel dat in de jaren tachtig ontdekt werd in dunne lagen ultragekoeld helium en in tweedimensionale lagen van elektronen. Thouless krijgt de helft van de prijs, de andere helft wordt gedeeld door Haldane en Kosterlitz.

De drie zijn topologen: de tak van ruimtelijke wiskunde die zich bezighoudt met vormen. Topologen beschrijven de fundamentele eigenschappen van vormen.

Faseovergangen zijn gedaanteveranderingen van materialen, zoals het smelten van ijs of het koken van water, als de watermoleculen sneller gaan trillen. Fase-overgangen nemen een centrale plaats in in de natuurkunde.

De topologische fase-overgangen waar het nu om gaat zijn een geheel nieuw type fase-overgangen, niet gebaseerd op de beweging van deeltjes, maar op de eigenschap quantumverstrengeling, waarbij deeltjes op afstand een relatie onderhouden.

Een lid van het Nobelcomité probeerde topologie duidelijk te maken met een broodje en een bagel: het zijn verschillende vormen, omdat je de ene vorm niet zomaar tot de andere kan ‘kneden’ zonder brood te scheuren. Voor een topoloog zijn een homp klei en een schaaltje daarom wél gelijk.

De hoop is dat topologische fase-overgangen zicht bieden op nieuwe typen elektronica, waaronder quantumcomputers, die bepaalde rekentaken veel sneller kunnen oplossen dan gewone computers. Een andere manifestatie van topologische verschijnselen is het Majorana-quasideeltje dat de Delftse natuurkundige Leo Kouwenhoven en zijn onderzoeksgroep in 2012 beschreven, die mogelijk ook van pas kunnen komen bij quantumcomputers.

Bekijk de bekendmaking van de Nobelprijs hier live:

Het is de honderdentiende prijs voor Natuurkunde die is uitgereikt, sinds het begin van de prijs in 1901. Twee keer slechts kreeg een vrouw de prijs. De prijs wordt toegekend door een speciaal comité dat wordt samengesteld uit leden van de Koninklijke Zweeds Academie van Wetenschappen.

Maandag is de Nobelprijs voor de Fysiologie of Geneeskunde bekend gemaakt. Die ging naar naar de Japanner Yoshinori Ohsumi (1945), voor zijn onderzoek naar het opruimen van kapotte celonderdelen. Morgen volgt de Nobelprijs voor Scheikunde en vrijdag de Vredesprijs. De Nobelprijs voor de Economie wordt maandag pas bekend gemaakt. Daarna komt nog de Nobelprijs voor de Literatuur.