Handelsblatt

MenüZurück
Wird geladen.

04.10.2016

15:51 Uhr

Hintergrund Physik-Nobelpreis

Im exotischen Flachland der Materie

Ein Ball kann nicht zum Reifen werden, ein Bagel aber zur Henkeltasse – zumindest nach Maßstäben der Topologie. Diese mathematische Disziplin hat drei Physikern zu nobelpreiswürdigen Erkenntnissen verholfen.

Forschung die die Welt verändert

Physik-Nobelpreis mal anders: Forscher erklärt Theorie mit Bretzeln

Forschung die die Welt verändert: Physik-Nobelpreis mal anders: Forscher erklärt Theorie mit Bretzeln

Ihr Browser unterstützt leider die Anzeige dieses Videos nicht.

Stockholm/BerlinTief im Herzen der Materie liegt eine exotische Welt: Atome schwingen dort im Gleichtakt oder formen mikroskopische Wirbelpaare. Solche Phänomene, die in der Regel erst bei sehr tiefen Temperaturen entstehen, können für überraschende neue Materialeigenschaften sorgen. Manche tiefgekühlten Metalle verlieren jeden elektrischen Widerstand, einige ultrakalte Flüssigkeiten kriechen entgegen der Schwerkraft die Wände ihres Behälters hoch.

Das eigenartige Verhalten auf der mikroskopischen Skala wird von den Gesetzen der Quantenphysik diktiert. Für die Entdeckung unerwarteter mathematischer Regeln in dieser Quantenwelt bekommen die drei gebürtigen Briten David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz in diesem Jahr den Physik-Nobelpreis.

Die drei Physiker haben Phänomene untersucht, die auf Oberflächen oder in mikroskopisch dünnen Schichten auftreten, die im Gegensatz zu unserer üblicherweise dreidimensionalen Welt als zweidimensional angesehen werden können. In diesen „Flachlanden der Materie“ würden beständig neue Phänomene entdeckt, betont die Königlich-Schwedische Wissenschaftsakademie, die den Nobelpreis vergibt.

Ein Beispiel ist der sogenannte Quanten-Hall-Effekt, für dessen Nachweis der deutsche Physiker Klaus von Klitzing 1985 den Nobelpreis bekam. Dabei steigt die elektrische Leitfähigkeit einer dünnen Schicht in einem Magnetfeld sprunghaft in Stufen an und nicht wie erwartet kontinuierlich.

Die diesjährigen Nobelpreisträger bedienten sich eines speziellen mathematischen Werkzeugs: der Topologie. Diese Disziplin beschreibt Strukturen, deren Grundeigenschaft bei Verformungen erhalten bleibt. Beispielsweise können ein Würfel und ein Ball ineinander umgeformt werden, sie sind daher topologisch gleich.

Ein Reifen und ein Ball lassen sich dagegen nicht ineinander umformen, ohne in den Ball ein Loch zu stechen. Topologisch sind daher ein Ball und ein Reifen unterschiedlich, ein Bagel und eine Henkeltasse jedoch gleich. Denn die Tasse hat ein Loch im Henkel und lässt sich daher mathematisch zu einem Bagel umformen.

Direkt vom Startbildschirm zu Handelsblatt.com

Auf tippen, dann auf „Zum Home-Bildschirm“ hinzufügen.

Auf tippen, dann „Zum Startbildschirm“ hinzufügen.

×