نوبل فیزیک به چه کسی می رسد؟
در آستانه اعلام برنده نوبل فیزیک ۲۰۲۶، گمانه‌زنی‌ها درباره پژوهش‌هایی که ممکن است نظر کمیته نوبل را جلب کرده باشند، بالا گرفته است؛ از راز شکل‌گیری عناصر سنگین در انفجار ستارگان گرفته تا مواد دوبعدی، رایانش کوانتومی توپولوژیک و فناوری‌هایی که می‌توانند مسیر آینده اپتیک و الکترومغناطیس را تغییر دهند.
به گزارش سیناپرس، با نزدیک شدن به زمان اعلام جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۶، بار دیگر نگاه جامعه علمی به دستاوردهایی دوخته شده است که در سال‌های اخیر مرزهای فیزیک را جابه‌جا کرده‌اند.
با این حال، آنچه در محافل علمی و رسانه‌های تخصصی مطرح می‌شود پیش‌بینی و گمانه‌زنی درباره گزینه‌های محتمل است، نه فهرست رسمی نامزدها؛ چراکه روند نامزدی نوبل محرمانه است.
سال گذشته جایزه نوبل فیزیک به جان کلارک، میشل اچ. دوورت و جان ام. مارتینز رسید. آکادمی سلطنتی علوم سوئد این جایزه را به دلیل کشف تونل‌زنی مکانیک کوانتومی در مقیاس ماکروسکوپی و کوانتیده‌شدن انرژی در یک مدار الکتریکی به این سه پژوهشگر اعطا کرد.
اما برای سال ۲۰۲۶، چند حوزه بیش از سایرین در فهرست پیش‌بینی‌ها قرار گرفته‌اند.
انفجار ستارگان؛ کارخانه‌های کیهانی تولید عناصر
یکی از گزینه‌های مطرح به اخترفیزیک و مطالعه انفجارهای ستاره‌ای مربوط می‌شود؛ رویدادهایی که از پرانرژی‌ترین پدیده‌های جهان به شمار می‌روند و نقش مهمی در تولید و پراکندگی عناصر سنگین دارند.در پایان عمر برخی ستارگان، فرایندهایی بسیار خشن می‌تواند مقدار عظیمی انرژی و ماده را به فضای اطراف پرتاب کند. ابرنواخترها شناخته‌شده‌ترین نمونه این رویدادها هستند.
در این حوزه، نام استنفورد ووزلی از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز و کن‌ایچی نوموتو از دانشگاه توکیو مطرح شده است.پژوهش‌های ووزلی در زمینه انفجارهای ستاره‌ای و واکنش‌های هسته‌ای، به درک چگونگی شکل‌گیری عناصر سنگین‌تر از آهن کمک کرده است. به‌ویژه فرایندهای هسته‌ای موسوم به r-process و p-process برای توضیح منشأ برخی از عناصر سنگین اهمیت دارند.
در سوی دیگر، نوموتو از چهره‌های برجسته در مدل‌سازی نظری ابرنواخترها، به‌خصوص ابرنواخترهای نوع Ia، بوده است. این انفجارها به دلیل ارتباط میان میزان درخشندگی و فاصله، نقشی کلیدی در مطالعه انبساط کیهان نیز دارند.
قرار گرفتن این پژوهش‌ها در فهرست پیش‌بینی‌ها از آن جهت قابل توجه است که هر دو دانشمند در سال ۲۰۲۶ جوایز مهمی در حوزه اخترشناسی و کیهان‌شناسی دریافت کرده‌اند.
«توئیسترونیک»؛ وقتی چرخاندن یک لایه ماده، قوانین بازی را عوض می‌کند
دومین حوزه‌ای که توجه زیادی را به خود جلب کرده، توئیسترونیک (Twistronics) است؛ شاخه‌ای از فیزیک ماده چگال که نشان می‌دهد تنها با تغییر زاویه قرارگیری لایه‌های بسیار نازک مواد می‌توان ویژگی‌های الکترونیکی آن‌ها را به‌شدت تغییر داد.ایده اصلی ساده اما شگفت‌انگیز است: دو لایه دوبعدی از ماده‌ای مانند گرافن را روی یکدیگر قرار دهید و یکی از آن‌ها را اندکی بچرخانید.
اگر این چرخش در زاویه‌ای خاص انجام شود، موسوم به «زاویه جادویی»، رفتار الکترون‌ها می‌تواند به شکل چشمگیری تغییر کند.آلن مک‌دونالد و رافی بیستریتزر در سال ۲۰۱۱ از نظر نظری پیش‌بینی کردند که دو لایه گرافن با چرخش حدود ۱.۱ درجه می‌توانند وارد وضعیتی شوند که حرکت الکترون‌ها به‌شدت کند شده و برهم‌کنش میان آن‌ها اهمیت پیدا کند.
چند سال بعد، گروه پابلو خارییو-اررو در مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) این ساختار را در آزمایشگاه ایجاد کرد و شواهدی از رفتارهای غیرمعمول الکترونیکی، از جمله ابررسانایی، به دست آورد.
اوا آندری نیز از پژوهشگرانی است که در توضیح رفتار الکترون‌ها و اثر هندسه این ساختارهای دوبعدی نقش مهمی داشته است.
اهمیت توئیسترونیک در این است که نشان می‌دهد ویژگی‌های یک ماده را می‌توان نه فقط با تغییر ترکیب شیمیایی آن، بلکه با تغییر هندسه و زاویه قرارگیری لایه‌های اتمی کنترل کرد؛ ایده‌ای که می‌تواند برای نسل آینده مواد الکترونیکی و کوانتومی اهمیت داشته باشد.
آیا نوبل به فیزیک کوانتومی توپولوژیک می‌رسد؟
یکی دیگر از حوزه‌های جدی در گمانه‌زنی‌ها، فیزیک ماده چگال توپولوژیک و محاسبات کوانتومی مقاوم در برابر خطا است.
در این زمینه نام پژوهشگرانی مانند چارلز کین، یوجین میلی، الکسی کیتایف، پیتر شور و جان پریسکیل مطرح می‌شود.
کین و میلی در سال ۲۰۰۵ نظریه‌ای را توسعه دادند که به شکل‌گیری مفهوم عایق توپولوژیک کمک کرد؛ موادی که می‌توانند در بخش داخلی خود عایق باشند، اما در لبه‌هایشان جریان الکتریکی را هدایت کنند.ویژگی مهم این مواد به ساختار کوانتومی آن‌ها و برهم‌کنش‌هایی مانند کوپلش اسپین-مدار مربوط می‌شود و برای شکل‌گیری یکی از شاخه‌های مهم فیزیک ماده چگال مدرن اهمیت داشته است.
در حوزه محاسبات کوانتومی نیز نام الکسی کیتایف بسیار برجسته است.
کیتایف ایده‌هایی را توسعه داد که پایه نظری محاسبات کوانتومی توپولوژیک محسوب می‌شوند. مدل‌هایی مانند «زنجیره کیتایف» و «کد توروئیدی» در این چارچوب اهمیت دارند.هدف اصلی این رویکرد، حل یکی از بزرگ‌ترین مشکلات رایانش کوانتومی است: حساسیت کیوبیت‌ها به نویز و واهمدوسی.
در رایانش کوانتومی توپولوژیک، اطلاعات به شکلی توزیع‌شده در ساختار فیزیکی سامانه کدگذاری می‌شود تا در برابر برخی اختلالات محیطی مقاوم‌تر باشد. ایده استفاده از آنیون‌های غیرآبلی و بافتن آن‌ها نیز یکی از مفاهیم کلیدی این حوزه است.
از «شنل نامرئی» تا لنزهای فوق‌باریک
دسته دیگری از پیش‌بینی‌ها به الکترومغناطیس، فرامواد و نانوفوتونیک مربوط می‌شود.در این حوزه، نام جان پندری از امپریال کالج لندن، دیوید اسمیت از دانشگاه دوک و فدریکو کاپاسو از دانشگاه هاروارد مطرح شده است.
پندری از پیشگامان نظریه موادی با ویژگی‌های الکترومغناطیسی غیرمعمول، از جمله ضریب شکست منفی، محسوب می‌شود. ایده او درباره ساخت «عدسی کامل» نشان داد که می‌توان با طراحی مناسب مواد، رفتار نور را به شکلی متفاوت از مواد طبیعی کنترل کرد.
پژوهش‌های تجربی دیوید اسمیت و همکارانش نیز به ساخت فرامواد مصنوعی با ویژگی‌های الکترومغناطیسی غیرمعمول کمک کرد و مسیر را برای توسعه حوزه‌هایی مانند اپتیک تبدیلی هموار ساخت.
یکی از مشهورترین ایده‌هایی که از این مسیر علمی شکل گرفت، مفهوم «شنل نامرئی» است؛ ساختاری فرضی که می‌تواند با تغییر مسیر امواج الکترومغناطیسی، جسم قرارگرفته درون خود را از دید ناظر پنهان کند.
در سوی دیگر، فدریکو کاپاسو از چهره‌های اثرگذار در توسعه متالنزها و اپتیک تخت است.متالنزها به جای استفاده از عدسی‌های ضخیم و خمیده سنتی، از ساختارهایی بسیار نازک در مقیاس نانو برای کنترل نور استفاده می‌کنند. این فناوری می‌تواند راه را برای کوچک‌تر شدن دوربین‌ها، حسگرهای نوری و سامانه‌های تصویربرداری هموار کند.
کدام حوزه برنده می‌شود؟
پاسخ این پرسش تا لحظه اعلام رسمی جایزه مشخص نخواهد بود. نوبل فیزیک معمولاً به پژوهش‌هایی تعلق می‌گیرد که نه‌تنها از نظر علمی بنیادی باشند، بلکه تأثیری عمیق و پایدار بر مسیر یک حوزه علمی گذاشته باشند.
از اخترفیزیک و منشأ عناصر سنگین گرفته تا مواد کوانتومی و کنترل نور در مقیاس نانو، گزینه‌های مطرح امسال گستره‌ای از فیزیک مدرن را پوشش می‌دهند.
اگر جایزه به یکی از این حوزه‌ها برسد، انتخاب کمیته نوبل می‌تواند پیامی روشن درباره یکی از مهم‌ترین مرزهای فیزیک امروز باشد: درک بهتر ماده، انرژی و کیهان در مقیاس‌هایی که زمانی دست‌نیافتنی به نظر می‌رسیدند.
