Sie haben eine Tür zu einer unbekannten Welt geöffnet, in der Materie seltsame Zustände annehmen kann. Dafür sind drei theoretische Physiker nun mit dem Physiknobelpreis 2016 ausgezeichnet worden: David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz. Die in Großbritannien geborenen Wissenschaftler forschen im Bereich der Topologie, einem Teilgebiet der Mathematik.

UPDATE: Lesen Sie den ausführlichen Hintergrund zur Forschung der Physik-Nobelpreisträger 2016. Am Mittwoch, geht es weiter mit der Bekanntgabe der Auszeichnung in Chemie, die Sie hier im Wissen-Ressort ab 11.30 Uhr live aus Stockholm verfolgen können. Unsere komplette Berichterstattung zu den Nobelpreisen finden Sie auf dieser Seite.

"Sie haben fortschrittliche mathematische Methoden benutzt, um ungewöhnliche Phasen oder Zustände von Materie zu untersuchen, beispielsweise Supraleiter, Superfluide oder dünne magnetische Schichten", teilte das Nobelkomitee mit. "Dank ihrer Pionierarbeit ist die Jagd auf neue und exotische Zustände von Materie eröffnet." Demnach geht die Auszeichnung zur einen Hälfte an Thouless, die andere Hälfte teilen sich Haldane und Kosterlitz.

Alle drei haben Phänomene studiert, die in einer flachen Welt auftreten – auf Flächen oder in sehr dünnen Lagen, die als zweidimensional gelten können. Die Physik in dieser Welt unterscheidet sich stark von jener in unserer – hier gibt es drei Dimensionen; Länge, Breite, Höhe –, was sich die Nobelpreisträger zunutze machten.

Wörtlich hieß es, die Wissenschaftler würden "für theoretische Entdeckungen topologischer Phasenübergänge und topologischer Phasen von Materie" geehrt. Topologie ist die Studie der Eigenschaften von Objekten, die sich nicht verändern, wenn die Objekte verzerrt werden. So sind beispielsweise ein Donut und eine Kaffeetasse topologisch äquivalent, weil sie jeweils genau ein Loch haben. "Sie haben bewiesen, dass Supraleitfähigkeit bei niedrigen Temperaturen auftreten kann, und den Mechanismus Phasenübergang erklärt, der die Supraleitfähigkeit bei höheren Temperaturen verschwinden lassen kann."

Du stolperst über deine Entdeckung und musst einfach begreifen, dass du dort etwas sehr Interessantes gefunden hast.
Duncan Haldane, Physiker

Zunächst waren es David Thouless and Michael Kosterlitz, die mit ihrer theoretischen Arbeit auf dem Gebiet vorherige Theorien herausforderten. Anfang der achtziger Jahre dann präsentierten Thouless und Duncan Haldane unabhängig voneinander Untersuchungen, nach denen quantenmechanische Beschreibungen zur elektrischen Leitfähigkeit von Materialien neu überdacht werden mussten.

Für Haldane kam die Auszeichnung überraschend, wie er nach der Preisverkündung in Stockholm am Telefon sagte. Doch nicht nur das: Auch die Entdeckung selbst hatte ihn verwundert: "Du stolperst über sie und musst einfach begreifen, dass du dort etwas sehr Interessantes gefunden hast."

Die Preisträger im Überblick:

Der Schotte David J. Thouless bekommt den Physiknobelpreis zur Hälfte. Der 1934 geborene Forscher ist emeritierter Professor an der University of Washington in Seattle. Bekannt ist er für seine Beiträge zur Theorie der kondensierten Materie und Vielteilchentheorie.

Erstmals Aufmerksamkeit erregte er mit einer Studie zu Phasenübergängen in zweidimensionalen Systemen 1973 (Journal of Physics: Kosterlitz & Thouless). Der Kosterlitz-Thouless-Übergang ist nach den beiden Autoren benannt, sie hatten ihn in dünnen Filmen von flüssigem Helium und Bose-Einstein-Kondensaten beobachtet.

© Brown University

Ein Viertel des Nobelpreises steht J. Michael Kosterlitz zu, der seit 1982 als Professor für Physik an der Brown University arbeitet. Der gebürtige Schotte ist bereits mehrfach mit Preisen ausgezeichnet worden, 1981 etwa mit der Maxwell-Medaille des Institute of Physics und im Jahr 2000 mit dem Lars-Onsager-Preis der American Physical Society.

Zu Beginn seiner Karriere hat er gemeinsam mit Thouless den Magnetismus in zweidimensionallen Modellen erforscht. Später wandte er sich etwa der Lokalisierung von Elektronen oder Wachstumsprozessen an Kristalloberflächen zu.

© Princeton University

F. Duncan M. Haldane forscht seit 1990 an der Princeton University. Er wurde 1951 in London geboren. Das Gebiet, auf dem er sich als Erstes einen Namen machte: Vielteilchenprobleme in der Festkörperphysik mit nichtstörungstheoretischen Methoden.

Für seine Entdeckungen bekam Haldane nun ebenfalls ein Viertel der höchsten wissenschaftlichen Auszeichnung zugesprochen.