Mit dem Nobelpreis für Physik  werden in diesem Jahr die britischen Forscher David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane und J. Michael Kosterlitz ausgezeichnet, die wesentliche Beiträge zur Beschreibung topologischer Phasen geleistet haben.

Bild: Trinity Hall, University of Cambridge

Bereits in den frühen 1970er-Jahren konnten David Thouless und Michael Kosterlitz aufgrund von theoretischen Überlegungen zeigen, dass in zweidimensionalen Systemen (etwa dünnen supraleitenden oder suprafluiden Schichten) eine bis dahin unbekannte Form von Phasenübergängen möglich ist. Zu ihrer Beschreibung verwendeten die beiden britischen Physiker Konzepte der Topologie – eines Teilgebiets der Mathematik, das sich mit Eigenschaften mathematischer Strukturen beschäftigt, die unter stetigen Verformungen erhalten bleiben.

Diese Arbeiten gaben den Startschuss zur Untersuchung sogenannter „toplogischer Phasen“, die nicht mit der zuvor geltenden Landau-Theorie der Symmetriebrechung beschrieben werden können. Thouless, Kosterlitz und Haldane lieferten in 1980er-Jahren weitere wesentliche Beiträge zur Beschreibung derartiger Phasen. So gelang Thouless die Erklärung für das Verhalten dünner elektrisch leitender Schichten, in denen sich die Leitfähigkeit nur stufenweise verändert. Haldane entwickelte die theoretischen Konzepte, die zur Beschreibung magnetischer Ketten erforderlich ist, wie sie in bestimmten Materialien gefunden werden.

Schönheit und Nutzen

Die Arbeiten der diesjährigen Nobel-Laureaten eröffneten der Physik der kondensierten Materie das Studium exotischer Materie-Zustände, von denen man sich gegenwärtig neuartige Anwendungen, etwa in der Elektronik, erwartet. In ihrer Begründung sprach die Schwedische Akademie der Wissenschaften aber auch von einer „Schönheit“ und „tiefen Einsichten“ in das Wesen der Materie, die mit den Arbeiten von Thouless, Kosterlitz und Haldane verbunden seien.