Nobelova nagrada za fiziko in valovi solitoni

Mednarodna fizikalno-matematično-inženirska skupina je razvila novo matematično metodo opisa osamljenih valov ali solitonov. Valove so tudi proizvedli v dolgem bazenu vode, kjer so merili njihovo višino.

Ko sta ameriška fizik in matematik v šestdesetih reševala valovno enačbo, sta odkrila nenavadno rešitev, ki opisuje solitone. Solitoni so valovi, ki se pojavijo sami ali v majhnih skupinah. Za njihov nastanek so sprva potrebni posebni pogoji, nato pa valovi dolgo časa ohranjajo svojo energijo. To pomeni, da se pri potovanju po vodi ali drugem mediju ne spreminjajo kaj dosti. Tudi če se dva solitona zaletita, gresta en skozi drugega, ne da bi se pri tem spremenila.

Raziskovalke in raziskovalci so solitone najprej proizvedli v stometrskem bazenu širine osem metrov. Globina vode je bila od deset do štirideset centimetrov. V takem bazenu so lahko dobro nadzorovali lastnosti valov, ki so jih ustvarili, kar se je do sedaj izkazalo za težavno nalogo.

Poleg tega je raziskovalna skupina razvila novo analitično metodo opisa solitonov. Z njihovo rešitvijo za napoved lastnosti valov ne potrebujemo več dolgega računalniškega reševanja enačb, ampak jih lahko približno opišemo tudi z relativno preprostimi računi.

V torek je Kraljeva švedska akademija podelila Nobelovo nagrado za fiziko trem britanskim fizikom, ki delajo v ZDA. Prejemniki nagrade Thouless, Haldane in Kosterlitz so uporabljali koncepte topologije, veje matematike, v fiziki snovi.

Topologija opisuje lastnosti prostora ali geometrijskih teles glede na to, kako se spreminjajo, ko jih raztegujemo, zvijamo ali drugače deformiramo. Znana je šala o topologu, ki ne loči med ameriškim krofom in skodelico, saj imata oba ravno eno luknjo, skozi katero ju lahko držimo s prsti. Skodelico iz gline bi lahko brez trganja preoblikovali v torus oziroma obliko krofa. Če bi želeli izdelati presto, pa bi morali vanj izdolbsti še dve luknji.

Število lukenj v krofu ali presti je primer kvantizirane količine. V geometrijskem telesu so namreč lahko tri ali štiri luknje, nikakor pa ne, denimo, tri luknje in pol. Kvantizirane količine so pogoste tudi v kvantni fiziki. Tu se nam torej že zasvita, kako bi lahko bila topologija, sicer matematična disciplina, uporabna v fiziki. Nobelovci so z njenimi orodji opisali kvantne pojave, kot so dvodimenzionalni superprevodniki in kvantni Hallov učinek.

Da Radio Študent oddaja na valovih solitonih, si je poskusil predstavljati Junoš.