Στην μελέτη των ιδιοτήτων της «εξωτικής ύλης» με τη βοήθεια της τοπολογίας επικεντρώνεται το έργο των τριών βρετανών ερευνητών (που διδάσκουν όμως σε αμερικανικά πανεπιστήμια) που βραβεύτηκαν με το Νομπέλ Φυσικής για το 2016.
Πρόκειται για τον Ντέιβιντ Θούλες που διδάσκει στο Πανεπιστήμιο της πολιτείας της Ουάσινγκτον, τον Ντάνκαν Χαλντέιν από το Πρίνστον και τον Μάικλ Κόστερλιτς από το Πανεπιστήμιο Μπράουν.
Ο Θούλες, 82 ετών, παίρνει το μισό χρηματικό βραβείο και άλλοι οι δύο επιστήμονες, 65 και 74 ετών αντίστοιχα, μοιράζονται από κοινού το άλλο μισό.
Η επιτροπή τονίζει ότι τους απονέμει το βραβείο «για τις θεωρητικές ανακαλύψεις πάνω στις τοπολογικές μεταβάσεις φάσης και για τις τοπολογικές φάσεις της ύλης». Το έργο των τριών, συνεχίζει η ανακοίνωση, «άνοιξε την πόρτα σε έναν άγνωστο κόσμο όπου η ύλη μπορεί να βρίσκεται σε περίεργες καταστάσεις».
Οι συνήθεις καταστάσεις είναι αυτές που γνωρίζουμε στην καθημερινότητά μας: στερεά, υγρά και αέρια. Ωστόσο σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, κοντά στο απόλυτο μηδέν (-273,15 βαθμοί Κελσίου) τα υλικά συμπεριφέρονται με διαφορετικό τρόπο και επιδεικνύουν περίεργες ιδιότητες, όπως το να γίνονται μαγνητικά.
Δανείστηκαν από τα μαθηματικά τοπολογικά θεωρήματα που περιγράφουν τις αλλαγές όταν περνάμε, για παράδειγμα, από τις δύο στις τρεις διαστάσεις. Το πώς το περιγράφει με τρία αρτοσκευάσματα ένα μέλος της επιτροπής. Οπως λέει, στα μάτια του τοπολόγου τα ψωμάκια διαφέρουν στο ότι το φραντζολάκι δεν έχει τρύπες, το κουλούρι έχει μία και το πρέτζελ δύο.
Τη δεκαετία του 1970 επικέντρωσαν το έργο τους στην μελέτη της υπεραγωγιμότητας, δηλαδή της κίνησης των ηλεκτρονίων χωρίς ηλεκτρική αντίσταση μέσα από ένα σώμα. Η υπεραγωγιμότητα παρατηρείται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, κοντά στο απόλυτο μηδέν ενώ η επίτευξή της σε πιο προσιτές θερμοκρασίες είναι ένας κορυφαίας σημασίας στόχος της Φυσικής.
Οι τρεις βραβευμένοι διαπίστωσαν ότι η υπεραγωγιμότητα είναι εφικτή σε πολύ λεπτές επιφάνειες από ειδικά υλικά.
Ο Κόστερλιτζ και ο Θούλες μελέτησαν φαινόμενα σε υλικά με τη μορφή λεπτών φιλμ με πάχος ενός ατόμου. Αυτά θεωρείται ότι έχουν μόνο δύο διαστάσεις (μήκος και πλάτος) αντί για τρεις, αφού δεν έχουν βάθος. Ο Χάλντεϊν μελέτησε επιπλέον υλικά σε ίνες, τόσο λεπτές ώστε θεωρούνται ουσιαστικά μονοδιάστατες (έχουν μόνο μήκος).
Οι πρακτικές εφαρμογές των ανακαλύψεων των τριών ξεκινούν από τους ημιαγωγούς, που είναι η βάση τεχνολογιών με ευρεία χρήση σε ηλεκτρονικές συσκευές και στην τεχνολογία των υλικών, και φτάνουν στα μαγνητικά φιλμ και τα υπερ-ρευστά. Φτάνουν στους κβαντικούς υπερυπολογιστές του μέλλοντος, μηχανήματα που θα λειτουργούν σε ταχύτητες ασύλληπτες για τα σημερινά δεδομένα.
Φυσικός εξηγεί στον Guardian ότι το έργο των τριών βραβευμένων δείχνει πώς ένας μεγάλος αριθμός υλικών όπως τα λεπτά φιλμ και οι αλυσίδες ατόμων μπορούν να εξηγηθούν με τις απλές αρχές της τοπολογίας. Ετσι ένα κουλούρι και ένα φλιτζάνι είναι τοπολογικά όμοια γιατί έχουν από μία τρύπα.