三位獲獎人（左至右）：David James Thouless，F. Duncan M. Haldane，J. Michael Kosterlitz.
今天當地時(shí)間11時(shí)45分（北京時(shí)間17時(shí)45分），諾貝爾獎評選委員會(huì )宣布，將2016年諾貝爾物理學(xué)獎的一半獎金頒給美國華盛頓大學(xué)的David J. Thouless，另一半由美國普林斯頓大學(xué)的F. Duncan M. Haldane與布朗大學(xué)的J. Michael Kosterlitz共享，“因其拓撲相變和拓撲物態(tài)的理論發(fā)現”(for theoretical discoveries of topological phase transitions and topological phases of matter)。
據美國麻省理工學(xué)院格林講席教授、《賽先生》主編文小剛介紹，David J.Thouless、Duncan Haldane 和 Michael Kosterlitz 是理論凝聚態(tài)物理學(xué)家。他們都做出了非常有影響的工作，揭示了拓撲性質(zhì)在量子物態(tài)和量子相變中的決定性影響。Thouless 和 Kosterlitz 的著(zhù)名工作之一是關(guān)于二維超流體的相變。以前大家認為，超流體到正常流體的相變是超流體中的超流成分越來(lái)越少所造成的。但他們發(fā)現，超流體中的正反渦旋的產(chǎn)生才是決定相變的主要因素。這是拓撲缺陷導致量子相變的一個(gè)典型例子。Thouless做了很多關(guān)于拓撲缺陷的工作，揭示了它們在量子相和量子相變中的重要作用。
Thouless、Kohmoto、Nightingale 和 Den Nijs還發(fā)現了固體中能帶上的“陳省身示性類(lèi)”——一個(gè)近代數學(xué)代數拓撲中的概念。他們把陳省身示性類(lèi)和整數量子霍爾效應直接聯(lián)系了起來(lái)。
又一個(gè)三小時(shí)的討論，Haldane（右）和文小剛（左）
Haldane的著(zhù)名工作之一是發(fā)現了反常量子霍爾效應的一個(gè)機制。他指出在某些材料中，如果時(shí)間反演和空間反演對稱(chēng)性破缺的話(huà)，即使沒(méi)有外加磁場(chǎng)，這些材料也能有量子霍爾效應。這一反常量子霍爾效應最近被清華的薛其坤小組所驗證。
Haldane另一項著(zhù)名工作就是以他名字命名的自旋鏈上的“Haldane相”。這是第一個(gè)在理論上發(fā)現的對稱(chēng)保護拓撲態(tài)，隨后，這一Haldane相也被實(shí)驗確認。對稱(chēng)保護拓撲態(tài)是一大類(lèi)不能用朗道對稱(chēng)破缺理論所描寫(xiě)的新的量子物質(zhì)態(tài)，這些是由量子糾纏所導致的新的物質(zhì)態(tài)。最近對稱(chēng)保護拓撲態(tài)和它的群上同調理論已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理中一個(gè)非?；钴S的領(lǐng)域。另外，Haldane在分數量子霍爾效應方面也做了很多開(kāi)創(chuàng )性工作。
文小剛回憶道：
Haldane是一個(gè)非常專(zhuān)注的理論物理學(xué)家，經(jīng)常潛心在他的物理世界中。有一次我們在瑞士開(kāi)會(huì )的間隙中，去一個(gè)植物園游覽參觀(guān)。大家帶了照相機欣賞各種稀奇植物和風(fēng)景。Haldane則帶了一個(gè)筆記本，低頭算了一路。Haldane也喜歡非常熱心地給你講他的新理論，一講就可以講兩三個(gè)小時(shí)，寫(xiě)滿(mǎn)整個(gè)黑板?？梢哉f(shuō)，他時(shí)常顯示出孩子般的天真。
Haldane在植物園里做理論計算
得獎人介紹
David James Thouless，1934年出生于英國貝爾斯登，1958年于康奈爾大學(xué)獲得博士學(xué)位，華盛頓大學(xué)物理系教授。他為人們理解原子和電子的多體系統、原子核多體系統作出了重要貢獻。他的研究領(lǐng)域包括超導現象、核物質(zhì)性質(zhì)以及原子核內激發(fā)態(tài)關(guān)聯(lián)運動(dòng)。
F. Duncan M. Haldane，1951年出生于英國倫敦，1978年于劍橋大學(xué)獲得博士學(xué)位，現為美國普林斯頓大學(xué)教授。他在Luttinger液體理論、一維的自旋鏈理論、分數量子霍爾效應的原理、排除統計、糾纏譜等領(lǐng)域作出了重要貢獻。
J. Michael Kosterlitz，1942年出生于英國阿伯丁，1969年于牛津大學(xué)獲得博士學(xué)位，現為美國布朗大學(xué)教授。他的研究涵蓋一維和二維物理的凝聚態(tài)理論、隨機系統、電子局域化和自旋玻璃態(tài)等的相變，以及熔化和凝固的臨界動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域。
本次諾貝爾物理學(xué)獎授予三人是為表彰其在“拓撲相變和拓撲物態(tài)的理論發(fā)現”。
曹則賢（中科院物理研究所研究員）：
Thouless是一位對相變理論具有深刻認識的物理學(xué)家。他和Kosterlitz合作的關(guān)于2維XY模型相變問(wèn)題研究的發(fā)現，即一種自高溫無(wú)序相向低溫準有序相的無(wú)窮階相變，后來(lái)被命名為Kosterlitz-Thouless 相變。(Kosterlitz, J. M. &Thouless, D. J. Ordering, metastability and phase-transitions in 2 dimensional systems. J. Phys. C 6, 1181–-1203 (1973) ）
Thouless 物理功底深厚，對量子力學(xué)、拓撲理論和相變理論都有自己的獨到見(jiàn)解，著(zhù)有topological quantum numbers in nonrelativistic physics (1998),Introduction to topological quantum numbers, The quantum mechanics of many-body systems等書(shū)，這些著(zhù)作對相關(guān)領(lǐng)域的研究具有深遠的影響。
Thouless生于1934年，作出這個(gè)工作時(shí)不足40歲，正當壯年。
我讀研究生時(shí)讀過(guò)Thouless的文章和書(shū)，沒(méi)讀懂，深以為憾。 Thouless 獲得諾貝爾物理獎，實(shí)至名歸?。?！
隨著(zhù)真空技術(shù)、表面物理、材料科學(xué)以及量子計算，當然包括對量子拓撲問(wèn)題的理論研究的進(jìn)展，近些年很多新拓撲材料和拓撲性質(zhì)陸續被發(fā)現，因此Thouless他們工作的開(kāi)創(chuàng )性意義也變得越來(lái)越明顯了。諾獎委員會(huì )今年關(guān)于物理學(xué)獎的決定，是對這三位物理學(xué)家開(kāi)創(chuàng )性工作的肯定，也是對近些年凝聚態(tài)物理系列重大進(jìn)展的肯定。
吳飆（北大物理學(xué)院教授）：
這次獲獎人的工作非常具有原創(chuàng )性，凝聚態(tài)里著(zhù)名的TKNN公式里的“T”就是Thouless。David J. Thouless得獎是名至實(shí)歸。他開(kāi)創(chuàng )了凝聚態(tài)里拓撲方向的研究，后來(lái)很多該領(lǐng)域的出色工作幾乎都可追根溯源至Thouless。
另外，Thouless和Kosterlitz提出了超流里著(zhù)名的KT相變。
論起師承關(guān)系，Thouless算是我的師爺。但非常遺憾，我沒(méi)見(jiàn)過(guò)他和他討論過(guò)物理。據我所知，Thouless是個(gè)非常聰明，同時(shí)非常踏實(shí)且低調的人。
不過(guò)，令我感到遺憾的是Berry沒(méi)有得獎，他的Berry相位更具一般性，對包括凝聚態(tài)物理在內的很多領(lǐng)域都有貢獻。
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