Ugrás a tartalomhoz

David J. Thouless

A Wikiszótárból, a nyitott szótárból

Angol


Főnév

David J. Thouless (tsz. David J. Thoulesses)

  1. (informatika) David James Thouless (1934. szeptember 21. – 2019. április 6.) brit–amerikai fizikus volt, akit a kondenzált anyagok fizikája területén végzett elméleti munkásságáért ismernek. Kiemelkedő kutatásokat végzett topológiai fázisátmenetek, kvantumfolyadékok, szupravezetők, valamint a topológiai szigetelők elméletében. Munkája hozzájárult ahhoz, hogy a topológia – a matematika egy absztrakt ága – meghatározó eszközzé váljon a modern fizikában. Eredményeit 2016-ban fizikai Nobel-díjjal ismerték el, melyet F. Duncan Haldane-nel és J. Michael Kosterlitz-cel megosztva kapott.


Család és tanulmányok

David Thouless 1934-ben született Bearsdenben, Skóciában. Édesapja botanikus, édesanyja festőművész volt. Már gyermekkorában megmutatkozott kivételes tehetsége a matematika és a fizika iránt. Tanulmányait a Winchester College elit iskolában kezdte, majd a Cambridge-i Egyetemen folytatta, ahol 1955-ben diplomázott.

Ezután az Egyesült Államokba költözött, és a Princeton Egyetemen doktorált David Bohm irányításával. Bohm híres volt a kvantummechanika értelmezésével kapcsolatos munkájáról, így Thouless is mély elméleti képzést kapott a kvantumfizika alapjaiban.


Korai karrier

A PhD megszerzése után Thouless az Egyesült Államokban maradt, és több neves kutatóintézetben dolgozott, köztük:

  • A Bell Labs kutatóközpontban,
  • A University of California, Berkeley fizikai tanszékén,
  • Majd visszatért Európába, és a Birmingham Egyetemen kezdett tanítani.

Ekkoriban kezdődött termékeny együttműködése Michael Kosterlitz-cel, aki szintén a kondenzált anyagok fizikájával foglalkozott. Közös kutatásaik a kétdimenziós anyagok fázisátmeneteinek forradalmi elméletéhez vezettek.


A KT-fázisátmenet – Topológiai áttörés

A 20. század közepén a fázisátmeneteket (pl. jég olvadása, mágneses anyag megszűnése) az ún. Landau-elmélet alapján írták le. Ez az elmélet a szimmetriatörésre épült. Azonban kétdimenziós rendszerek esetén az elmélet nem tudta megmagyarázni bizonyos viselkedéseket, például vékony szupravezető filmek esetében.

Thouless és Kosterlitz kidolgozták a Kosterlitz–Thouless (KT) fázisátmenet elméletét (1973), amely új típusú, topológiai fázisátmenetet írt le. A kulcselem:

  • A rendszerben örvényszerű kvantumfluktuációk jönnek létre (ún. topológiai excitációk).
  • A hőmérséklet emelkedésével ezek az örvény–antiörvény párok szétválnak, és ez váltja ki a fázisátmenetet.
  • Ez a jelenség nem jár klasszikus szimmetriatöréssel, de drámai változást okoz az anyag tulajdonságaiban.

A KT-átmenet új paradigmát jelentett, és bebizonyította, hogy a topológiai tulajdonságok alapvető szerepet játszanak az anyag fázisainak viselkedésében.


Topológia a fizikában

Thouless munkássága révén a topológia – egy absztrakt matematikai terület, amely a formák torzítások alatti megőrzésével foglalkozik – központi szerepet kapott a kvantumanyagok elméletében.

Egyik legismertebb eredménye a kvantált Hall-hatás (quantum Hall effect) megértésében való közreműködés volt:

  • Az integer quantum Hall effect során az elektromos vezetőképesség egész számú lépcsőkben változik, amit topológiai invariáns – az ún. Chern-szám – határoz meg.
  • Thouless felismerte, hogy ez a jelenség globális topológiai tulajdonság következménye, nem lokális kvantumállapoté.

Ez az eredmény új kategóriát hozott létre: a topológiai anyagfázisokat, amelyeket nem a szimmetriák, hanem topológiai invariánsok jellemeznek.


Oktatói és kutatói pálya

Thouless 1980-tól a University of Washington (Seattle) professzora lett, ahol egészen 2003-as nyugdíjba vonulásáig dolgozott. Nemcsak kiemelkedő kutató volt, hanem kiváló tanár is. Diákjai visszaemlékezései szerint rendkívül türelmes, precíz és mélyen gondolkodó emberként tanított.

Számos tudományos publikációt írt, köztük több meghatározó cikket a Physical Review Letters és a Nature folyóiratokban.


Nobel-díj (2016)

2016-ban David J. Thouless, F. Duncan Haldane és J. Michael Kosterlitz közösen kapták a fizikai Nobel-díjat:

„az anyag topológiai fázisainak és topológiai fázisátmeneteinek elméleti felfedezéséért”.

Ez az elismerés három évtized kutatómunkáját jutalmazta, amelynek hatása ma is meghatározó a kvantumanyagok és a topológiai kvantumszámítás területén.


Elismerések és tagságok

Thouless számos tudományos díjat és elismerést kapott:

  • Lars Onsager-díj (2000),
  • Dirac-díj (1993),
  • Franklin Medál (1990),
  • Tagja volt a Royal Society-nek (1980) és az Amerikai Tudományos Akadémiának.


Magánélet és jellemvonások

David Thoulesset szerény, visszahúzódó, de rendkívül elmélyült gondolkodóként ismerték. Személyiségét leginkább a tudomány iránti belső elkötelezettség, valamint a filozófiai mélységek iránti érdeklődés jellemezte.

Feleségével, Margarettel hosszú és boldog házasságban élt. Két gyermekük született. 2000-es években Alzheimer-kórt diagnosztizáltak nála, amely egyre inkább visszavonulásra kényszerítette. 2019-ben hunyt el 84 éves korában.


Öröksége és hatása

David J. Thouless munkája alapvetően megváltoztatta a fizikusok anyagszerkezetről alkotott képét. A topológia bevezetése a fizikába:

  • Új anyagosztályok (pl. topológiai szigetelők, topológiai szupravezetők) felfedezéséhez vezetett,
  • Megnyitotta az utat a kvantumszámítógépek topológiai védelme felé,
  • Lehetővé tette az alacsony dimenziós rendszerek egzotikus viselkedésének megértését.

Ma már a világ számos laboratóriuma kutat topológiai kvantumanyagokat – az ő munkájára alapozva.


Összegzés

David J. Thouless a 20. század második felének és a 21. század hajnalának egyik legnagyobb hatású elméleti fizikusa volt. Munkássága új alapokra helyezte a kondenzált anyagfizikát, és bevezette a topológia fogalmát az anyagfázisok vizsgálatába. Ezzel forradalmasította nemcsak a fizikát, hanem a kvantuminformatika és anyagtudomány jövőjét is.

A Nobel-díjjal elismert kutatásaival örökre beírta magát a tudomány történetébe, és munkája a jövő fizikusai számára is inspirációként és alapként szolgál majd.

További információk

A lap eredeti címe: „https://hu.wiktionary.org/w/index.php?title=David_J._Thouless&oldid=3509433”