به گزارش ثریا فصل جوایز نوبل آغاز و از مدتی قبل گمانه زنی ها درباره برندگان سه رشته علمی آن یعنی پزشکی، فیزیک و شیمی داغ شده است.

این درحالی است که فردا آکادمی نوبل برندگان رشته فیزیک را معرفی می کند. سال گذشته یعنی در ۲۰۲۵ میلادی کمیته نوبل جایزه نوبل فیزیک را به جان کلارک، میشل اچ. دوورت و جان ام. مارتینز برای کشف پدیده تونل‌زنی مکانیکی کوانتومی در مقیاس ماکروسکوپی و کوانتیده شدن انرژی در یک مدار الکتریکی اهدا کرد.

کارشناسان و محققان حوزه فیزیک در سال جاری میلادی پیش بینی های مختلفی درباره تحقیقات برنده نوبل امسال اعلام کرده اند که برخی از آنها را در زیر می خوانید:

انفجارهای ستاره‌ای

انفجارهای ستاره‌ای از مهم‌ترین و پرانرژی‌ترین پدیده‌های کیهان هستند و نقش اساسی در شکل‌گیری عناصر شیمیایی، ستاره‌های جدید و حتی مواد سازنده سیارات دارند. وقتی یک ستاره در پایان عمر خود دچار یک تغییر بسیار شدید می‌شود، ممکن است مقدار عظیمی از انرژی و ماده را به فضا پرتاب کند. معروف‌ترین نوع این رویدادها ابرنواختر است.

نامزدهای اصلی این حوزه تحقیقاتی استنفورد ووزلی از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز و کن‌ایچی نوموتو از دانشگاه توکیو هستند. پژوهش‌های ووزلی واکنش‌های هسته‌ای دقیق مشهور به فرایند r و فرایند p، را بررسی و تشریح کرده‌اند. این فرایندها نشان می‌دهند عناصر سنگین‌تر از آهن چگونه در جریان مرگ‌های خشونت‌بار ستارگان شکل می‌گیرند. از سوی دیگر نوموتو مدل‌های نظری تعیین‌کننده‌ای برای چگونگی افزایش و کاهش درخشندگی ابرنواخترهای نوع Ia ارائه کرد. این تغییرات درخشندگی ناشی از واپاشی رادیواکتیو نیکل به کبالت و سپس آهن هستند. با توجه به اینکه دومحقق مذکور جایزه شاو در اخترشناسی ۲۰۲۶ و جایزه گروبر در کیهان‌شناسی ۲۰۲۶ را دریافت کرده‌اند، از گزینه‌های بسیار مطرح برای دریافت جایزه نوبل به شمار می‌روند.

توئیسترونیک

در فیزیک ماده چگال، «توئیسترونیک» (Twistronics) در دهه گذشته به یکی از هیجان‌انگیزترین و پویاترین حوزه‌های پژوهشی تبدیل شده است. این حوزه بر یک پرسش ساده استوار است. اگر دو لایه اتمی دوبعدی را روی یکدیگر قرار دهیم و آن‌ها را با زاویه‌ای بسیار کوچک نسبت به یکدیگر بچرخانیم، چه اتفاقی رخ می‌دهد؟

پابلو خارییو-اررو (MIT)، آلن اچ. مک‌دونالد (دانشگاه تگزاس در آستین)، اوا وای. آندری (دانشگاه راتگرز)، چارلز کین (دانشگاه پنسیلوانیا) و رافی بیستریتزر (دانشگاه تل‌آویو) نامزدهایی برای دریافت نوبل شیمی ۲۰۲۶ به حساب می آیند. آلن مک‌دونالد و رافی بیستریتزر در سال ۲۰۱۱، ازلحاظ نظری پیش‌بینی کردند اگر دو لایه گرافن نسبت به یکدیگر با یک «زاویه جادویی» (Magic Angle) حدود ۱٫۱ درجه چرخانده شوند، حرکت الکترون‌ها به‌طور ناگهانی کند می‌شود. پس از آن تیم پابلو خارییو-اررو در سال ۲۰۱۸ میلادی با موفقیت این ساختارهای دارای زاویه جادویی را در آزمایشگاه ساخت. آن‌ها دریافتند که تنها با تغییر ولتاژ گیت الکتریکی می‌توان ویژگی‌های ماده را از یک عایق به یک ابررسانای نامتعارف تغییر داد؛ به‌گونه‌ای که جریان الکتریکی را بدون مقاومت عبور می‌دهد. همزمان اوا آندری کنترل هندسی بنیادی بر این ساختارها را نشان داد و به روشن شدن چگونگی برهم‌کنش الکترون‌ها در باندهای انرژی تخت کمک کرد.

فیزیک ماده چگال و محاسبات کوانتومی توپولوژیک

علاوه بر آنچه گفته شد الکسی کیتایف از دانشگاه فناوری کالیفرنیا، چارلز کین از دانشگاه پنسیلوانیا، یوجین میلی از دانشگاه پنسیلوانیا، پیتر شور از ام آی تی و جان پریسکیل از دانشگاه فناوری کالیفرنیا برای تحقیقاتشان در حوزه فیزیک ماده چگال و محاسبات کوانتومی توپولوژیک از نامزدهای احتمالی برنده نوبل فیزیک ۲۰۲۶ به شمار می روند.

هرچند جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۶ به پژوهش‌های نظری درباره گذارهای فازی در ماده توپولوژیک اختصاص یافت، اما بخش بسیار مهمی از فیزیک مدرن یعنی عایق‌های توپولوژیک و سخت‌افزارهای کوانتومی مقاوم در برابر خطا همچنان بدون دریافت این جایزه باقی ماند. چارلز کین و یوجین میلی، فیزیکدانان نظریه ای در سال ۲۰۰۵ میلادی نظریه‌ای پیشگامانه ارائه کردند که نشان می‌داد برخی مواد می‌توانند در بخش داخلی خود مانند عایق رفتار کنند، اما در امتداد لبه‌های خارجی خود رسانای الکتریسیته باشند.

نکته مهم این بود که این رفتار منحصربه‌فرد به میدان مغناطیسی خارجی نیاز نداشت، بلکه برهم‌کنش‌های نسبیتی ذاتی الکترون‌ها، موسوم به کوپلش اسپین–مدار (Spin-Orbit Coupling)، عامل آن بودند. این پژوهش به شکل‌گیری حوزه عایق‌های توپولوژیک انجامید. از سوی دیگر، الکسی کیتایف دیدگاهدرباره نحوه ذخیره‌سازی اطلاعات کوانتومی شکننده را متحول کرد. کیتایف مفهوم «محاسبات کوانتومی توپولوژیک» را مطرح کرد و مدل‌های نظری مهمی مانند زنجیره کیتایف (Kitaev Chain) و کد توروئیدی (Toric Code) را معرفی کرد.

او نشان داد که با بافتن شبه‌ذرات عجیبی به نام آنیون‌های غیرآبلی (Non-Abelian Anyons) می‌توان اطلاعات کوانتومی را به‌صورت سراسری در یک سامانه فیزیکی کدگذاری کرد، نه اینکه آن را در یک ناحیه محلی ذخیره کنیم. این محافظت توپولوژیک باعث می‌شود کیوبیت‌ها به‌طور ذاتی در برابر نویز محیطی و واهمدوسی (Decoherence) که از مشکلات اصلی معماری‌های کوانتومی سنتی هستند، مقاوم‌تر باشند.

الکترومغناطیس، نانوفوتونیک و فیزیک کاربردی

جان پندری از امپریال کالج لندن، دیوید اسمیت از دانشگاه دوک و فدریکو کاپاسو از دانشگاه هاروارد برای تحقیقات شان در حوزه الکترو مغناطیس، نانو فوتونیک و فیزیک کاربردی از نامزدهای احتمالی نوبل فیزیک ۲۰۲۶ به حساب می آیند.

جان پندری ایده‌های نظری مهمی درباره موادی با ویژگی‌های الکترومغناطیسی غیرمعمول از جمله شکست منفی و امکان ساخت یک «عدسی کامل» (Perfect Lens) ارائه کرده است. همچنین دیوید اسمیت و همکارانش، فرامواد با ضریب شکست منفی را به‌صورت تجربی ساختند و وجود این ویژگی‌ها را در آزمایش نشان دادند. این تحقیقات در ادامه به شکل‌گیری حوزه‌ای به نام اپتیک تبدیلی (Transformation Optics) و ایده مشهور «شنل نامرئی الکترومغناطیسی» منجر شد.

امروزه حوزه های فرامواد سطحی (Metasurfaces) و اپتیک تخت (Flat Optics) به پژوهشگران اجازه می‌دهند اجزای نوری بسیار باریکی بسازند که می‌توانند دامنه، فاز و قطبش نور را کنترل کنند. پژوهش‌های فدریکو کاپاسو به‌ویژه در توسعه متالنزها (Metalenses) و سایر شکل‌های اپتیک تخت تأثیرگذار بوده است.