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Physik-Nobelpreis 2016 Preis für Erforschung "ungewöhnlicher Zustände von Materie"

Der Nobelpreis für Physik geht in diesem Jahr an die Briten David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz für theoretische Arbeiten in der Physik. Sie haben seltsame und ungewöhnliche Zustände von Materie wie Supraleiter untersucht.

Stand: 04.10.2016 | Archiv

Der Physik-Nobelpreis 2016 geht an Physiker Thouless, Haldane und Kosterlitz | Bild: Trinity Hall/University of Cambridge/dpa; picture-alliance/dpa

Die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften zeichnet die drei Forscher für "theoretische Entdeckungen topologischer Phasenübergänge und topologischer Phasen von Materie" aus. Die höchste Auszeichnung für Physiker ist mit umgerechnet etwa 830.000 Euro (acht Millionen Schwedischen Kronen) dotiert. Eine Hälfte erhält Thouless, die andere Haldane und Kosterlitz.

"Die Geehrten haben eine Tür zu einer unbekannten Welt geöffnet, in der Materie seltsame Zustände annehmen kann. Sie haben fortschrittliche mathematische Methoden benutzt, um ungewöhnliche Phasen oder Zustände von Materie zu untersuchen, beispielsweise Supraleiter, Supraflüssigkeiten oder dünne magnetische Schichten. Dank ihrer Pionierarbeit ist die Jagd auf neue und exotische Zustände von Materie eröffnet."

Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften

Professor Thors Hans Hansson, Mitglied der Königlichen Akademie der Wissenschaften, erklärt Topologie am Beispiel einer Breze

Laut Nobelpreis-Komitee war für die Entdeckungen der drei Preisträger entscheidend, dass sie Konzepte aus der Topologie in der Physik anwendeten. Die Topologie ist ein Teilgebiet der Mathematik. Sie beschreibt Eigenschaften, die sich nicht kontinuierlich, sondern nur in einem einzigen Schritt ändern. So sind beispielsweise ein Doughnut und eine Kaffeetasse topologisch äquivalent, weil sie jeweils genau ein Loch haben. Das bleibt auch so, wenn sie verzerrt werden. Eine Breze hat hingegen zwei Löcher und ist daher topologisch nicht äquivalent zu Doughnut und Kaffeetasse.

"Die Physiker haben dazu beigetragen, die Materialien, mit denen der Computer arbeitet, theoretisch zu verstehen. Was bringen die Forschungen der Preisträger? Sie haben einen völlig neuen Blick auf Materialien eröffnet. Sie ermöglichen uns, Materie so zu manipulieren, dass damit Computer rechnen können. In Zukunft, so die Hoffnung, können die Arbeiten dazu beitragen, eine neue Generation von elektronischen Geräten, die sogenannten Quanten-Computer, zu entwickeln."

Stefan Geier, Redaktion Wissenschaft und Bildungspolitik

Ungewöhnliche Zustände der Materie

J. Michael Kosterlitz

Die drei bekanntesten Zustände von Materie sind fest, flüssig und gasförmig. Bei extrem niedrigen Temperaturen können weitere Zustände auftreten. Ein Feststoff kann zum Supraleiter werden. Er lässt dann Elektronen dann widerstandsfrei passieren. Eine weitere Ausprägung sind Supraflüssigkeiten, in denen es keine Reibung mehr gibt. Zunächst fehlte es der Physik an Erklärungen für solche exotischen Zustände.

Thouless, Haldane und Kosterlitz konnten in den 1970er und 1980er Jahren anhand sogenannter topologischer Konzepte unter anderem erklären, wie und warum extrem dünne Materialschichten von einem Zustand in den anderen wechseln und wieso das Auswirkungen auf deren Eigenschaften hat.

Phasen der Materie

"Es war wie bei vielen Entdeckungen: Du stolperst über sie und musst einfach begreifen, dass du dort etwas sehr Interessantes gefunden hast."

Duncan Haldane

F. Duncan Haldane

Thouless und Kosterlitz fanden für die Phasenübergänge in ultradünner, kalter Materie geltende Gesetzmäßigkeiten. Das schuf die Basis für ein neues Kapitel der Festkörperphysik. Haldane arbeitete zeitweise mit Thouless zusammen. Er übertrug die Ergebnisse seiner Kollegen auf Atomketten - also von der zweidimensionalen auf eine quasi eindimensionale Struktur. Auch dies schuf eine neue Sicht auf Vorgänge im atomaren Bereich.

Preisträger "sehr überrascht"

Haldane hatte nicht mit der renommierten Auszeichnung gerechnet. "Ich war sehr, sehr überrascht und sehr dankbar", sagte Haldane, als er nach der Preisverkündung per Telefon zugeschaltet war.

Chronik: Physik-Preisträger der vergangenen Jahre

  • 2015: Takaaki Kajita (Japan) und Arthur B. McDonald (Kanada) für die Entdeckung, dass auch Neutrinos Masse besitzen
  • 2014: Isamu Akasaki, Hiroshi Amano and Shuji Nakamura aus Japan für ihre Erfindung der LED als einer neuen energiesparenden und umweltfreundlichen Lichtquelle
  • 2013: Der Belgier François Englert und der Brite Peter Higgs für ihre Entdeckung des Elementarteilchens Higgs-Boson
  • 2012: Der Franzose Serge Haroche und der Amerikaner David J. Wineland für die von ihnen entwickelten Methoden Quantenteilchen zu messen, ohne dass diese kleinsten Teilchen der Materie Schaden nehmen.
  • 2011: Die US-Amerikaner Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt, Adam G. Riess erhalten die Auszeichnung, weil sie durch das Beobachten von Supernovae beweisen konnten, dass sich das Universum beschleunigt ausdehnt.
  • 2010: Die Briten Andre Geim und Konstantin Novoselov für die Entwicklung von Graphem, dem dünnsten und stärksten Material aus Kohlenstoff.
  • 2009Charles Kuen Kao, Willard Sterling Boyle und George Elwood Smith für ihre Forschung mit Lichtimpulsen und Lichtsensoren im Einsatz moderner Kommunikationsmittel.
  • 2008: Der US-Amerikaner japanischer Herkunft Yoichiro Nambu und seine japanischen Kollegen Makoto Kobayashi und Toshihide Maskawa erhalten die Auszeichnung für ihre Erkenntnisse in der Teilchenphysik.
  • 2007: Der Deutsche Peter Grünberg vom Forschungszentrum Jülich der Helmholtz-Gemeinschaft zusammen mit dem Franzosen Albert Fert für ihre Beiträge zur Erforschung des Riesen-Magnet-Widerstands, der für den Lesevorgang bei Computer-Festplatten verwendet wird.
  • 2006: John C. Mather und George F. Smoot (beide USA) für den Nachweis winziger Temperaturschwankungen in der sogenannten kosmischen Hintergrundstrahlung, dem "Echo des Urknalls".
  • 2005: Roy J. Glauber (USA) für Grundlagen der Quantenoptik sowie John L. Hall (USA) und Theodor W. Hänsch (Deutschland) für die Entwicklung einer Laser-basierten Präzisionsmesstechnik für Lichtfrequenzen.
  • 2004: David J. Gross, H. David Politzer und Frank Wilczek (alle USA) für Erkenntnisse zur Kraft zwischen den kleinsten Materieteilchen im Atomkern, den Quarks.
  • 2003: Alexej Abrikosow (USA und Russland), Vitali Ginsburg (Russland) und Anthony Leggett (USA und Großbritannien) für bahnbrechende Arbeiten zu Supraleitern und Supraflüssigleiten.
  • 2002: Raymond Davis (USA), Masatoshi Koshiba (Japan) und Riccardo Giacconi (USA) für die Entdeckung kosmischer Röntgenstrahlen und Neutrinos.
  • 2001: Wolfgang Ketterle (Deutschland), Eric A. Cornell (USA) und Carl E. Wieman (USA) für die Erschaffung des Bose-Einstein- Kondensats, der fünften Erscheinungsform der Materie neben fest, flüssig, gasförmig und dem Plasma.

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Kommentare

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Motzki, Dienstag, 04.Oktober, 14:12 Uhr

2. sogenannt?!

Liebe Redakteure, bitte machen Sie doch nicht bei der Unsitte mit, Fachbegriffe mit sogenannt zu versehen.
Es sind keine sogenannten Quanten-Computer, es sind Quantencomputer.
Es ist nicht die sogenannte kosmische Hintergrundstrahlung, es ist die kosmische Hintergrundstrahlung.
Es ist einfach überflüssig, Fachbegriffen ein sogenannt voranzustellen. Es trägt nichts zur Erläuterung bei, sondern dient bestenfalls als Warnung: Vorsicht, ein Fachbegriff.

  • Antwort von Dipl.-Ing. Norbert Derksen, Samstag, 22.Oktober, 23:58 Uhr

    Der Begriff „sogenannt“ ist sehr wohl berechtigt, da das meiste „Sogenannte“ in Wahrheit überhaupt nicht existiert!

Marie H., Dienstag, 04.Oktober, 14:03 Uhr

1. Nobelpreis 2016

Hoffentlich bekommt Frau Dr. Merkel den schon lange verdienten Friedens-Nobelpreis. Sie hätte ihn so verdient.

  • Antwort von a.h., Mittwoch, 18.Januar, 15:14 Uhr

    Nein sicher nicht