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量子反常霍尔效应已经获得诺贝尔物理学奖

已有 874 次阅读 2024-10-2 10:36 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

    2016年的诺贝尔物理学奖授予了三位在拓扑物理领域的开拓者,分别是戴维·索利斯、邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨。索利斯拿到了一半的奖金,其中一半是奖励给二维拓扑相变,这个部分是和科斯特利茨共同获得的,他也拿到了四分之一的奖金。

    索利斯的另外一半奖金,奖励的是量子霍尔效应的拓扑性质的研究。霍尔丹拿到了四分之一的奖金,其中一半是自旋液体态的研究,另一半是量子反常霍尔效应的理论研究。

    也就是说,量子反常霍尔效应已经被授予了诺贝尔物理学奖,占据了该年诺贝尔物理学奖八分之一的份额。

    一个研究领域能够三次获得诺贝尔物理学奖,其实是非常少见的。量子霍尔效应领域就被授予了三次诺贝尔物理学奖。1985年克劳斯.冯.克利青因为量子霍尔效应的实验发现而独自一人获得诺贝尔奖。这是一种二维电子在磁场中运动的量子效应。理论很简单,关键是实验实现。1998年,劳克林、施特默和崔琦因为量子分数量子霍尔效应的实验发现和理论解释而分享该年的诺贝尔物理学奖。劳克林给出了理论解释。然后就是2016年索利斯的量子霍尔效应的拓扑性质的研究以及霍尔丹的量子反常霍尔效应的理论研究。

    这说明了量子霍尔效应领域真的极其重要的研究领域。一是开辟了二维量子系统的研究领域,二是分数电荷量子现象的发现,三是拓扑物理的研究。

    这也意味着,诺贝尔奖本身有着一个严格的标准。首先当然是得达到诺贝尔物理学奖的水平。如果差一点也可以,可以分的份额少一点。物理学领域最重要的研究水平,是诺贝尔奖之上的,就是给出了基本的规律和基本的事实。比如相对论和量子力学的建立(1等),比如发现原子核(1等)。然后是诺贝尔奖水平的,也就是说达到了这个水平就可以获奖了,基本是开创了一个研究方向的。当然,这个标准是连续的。在第一等和第二等中间,也是有的。比如量子霍尔效应的发现,就应该说可以达到中间的水平(1.5等)。量子分数霍尔效应,开创了一个研究方向,给出了分数电荷这样的奇特的现象,所以说是标准的第二等的水平,甚至还可以说更高一点(1.9等)。拓扑物理这个研究领域,是第二等的发现(2.0等)。所以按照时间的先后,授予了几个重要的发现。这些发现单个来说,是达不到第二等的,但是接近第二等,因为都是新的。比如二维拓扑相变,这个在当时是非常让人意外的(2.1等),听说费曼也得到过类似的结果,但是没有发表。然后是量子霍尔效应的拓扑性质(2.3等)。然后是自旋液体态的研究,这个结果在当时是非常让人意外的(2.5等)。最后量子反常霍尔效应,的确也是很有新意的,但是已经不是那么够新颖了(2.7等)。

    即使是一个研究领域,也是因为不同的发现而被授予诺贝尔物理学奖。因为一个原因,两次授予诺贝尔物理学奖几乎是没有的事情。量子信息领域的研究,已经被授予了三位实验研究的科学家,不知道是否会授予理论研究的科学家。考虑到这个领域实在是太广泛了,这还是有可能的。但是也应该是不同的方向。阿斯佩和克劳泽是因为实验验证了贝尔不等式而获奖。贝尔没有因为他的理论突破而获奖,因为要获奖的时候去世了。塞林格是因为纠缠光子的实验,特别是量子通信的工作而获奖。这里边就有问题了,不知道这个领域的理论提出者Bennett是否能够获奖。量子信息方向的几位早期理论提出者,几乎更像是做数学的。在我看来,似乎很难再获奖。

     希格斯粒子发现以后,两位理论提出者为此而获得了诺贝尔物理学奖,而这个实验工作应该也能获奖,但是我不知道是哪些科学家为此负责。



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