Drei Briten sind es, welche dieses Jahr den Physik-Nobelpreis erhalten haben. Sie haben alle an der Universität Cambridge studiert, erfolgreich geforscht haben sie schliesslich in den USA: David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz.

Doch wofür sie die umgerechnet 900 000 Franken erhalten haben (die Hälfte geht an Thouless, die andere an Haldane und Kosterlitz) ist für Laien schwierig zu verstehen: In den 1970er und 80er-Jahren haben sie exotische Materiezustände erforscht. Also Materie, die weder fest noch flüssig noch gasförmig ist. Mit der Erforschung der sogenannten topologischen Phasen und Phasenübergänge, haben sie eine Grundlage für die nachfolgende Forschergeneration gelegt, um neue Anwendungen im Bereich der Elektronik, der Supraleiter oder der Quantenrechner zu entwickeln.

Physiker können einen Donut sozusagen zu einer Tasse verzerren. Dann kann man zwar daraus trinken, aber topologisch ist es das selbe, weil mit dem Henkel immer noch ein Loch da ist.

Physiker können einen Donut sozusagen zu einer Tasse verzerren. Dann kann man zwar daraus trinken, aber topologisch ist es das selbe, weil mit dem Henkel immer noch ein Loch da ist.

Supraleiter, Quantenrechner, exotische Zustände... mit solchen Fachbegriffen jonglieren Physiker. In dieser Disziplin des Nobelpreises ist es jedes Jahr besonders schwierig nachzuvollziehen, was das Herausragende in der Arbeit der Geehrten ist. Wir versuchen es trotzdem und haben einen Schweizer Physiker befragt, für den diese Wörter das tägliche Brot sind. Sebastian Huber ist Spezialist für theoretische Festkörperphysik.

Herr Huber, was ist das Bahnbrechende an der Arbeit dieser drei Physiker?

Sebastian Huber: Ihre Arbeit hat ein ganzes Feld in der Physik revolutioniert. Viele Forscher arbeiten heute aufgrund ihrer Erkenntnisse. Sie legten auch die Grundpfeiler für meine Arbeit.

Die drei erforschten exotische Zustände der Materie. Wenn etwas nicht fest, nicht flüssig, und auch nicht gasförmig ist, was ist es dann?

Es kommt vor, dass Materialien sich in Zuständen befinden, die nicht unter die gewöhnliche Klassifizierung fallen. Und für diese Zustände versagen die alten Erklärungsmodelle. Die drei Physiker haben uns neue Werkzeuge für solche neuen Zustände geliefert. Und nicht nur das, sie berechneten auch Zustände, die man damals in Experimenten noch gar nicht beobachtet hatte. Heute hat man Materialien gefunden, die sich bei extrem niedriger Temperatur so verhalten.

Wie kalt muss es dazu sein?

Nur wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt.

Und was für Materialien sind das?

Es sind in der Regel Materialien mit mehreren Elementen. Die Theorien der drei Physik-Nobelpreisträger beschrieben das Verhalten von Elektronen in diesen Materialien. Nun hat man aber gemerkt, dass die gleichen Effekte auch für einfache Mechanik oder in einem total anderen Kontext erscheinen können. Dass ihre Erklärungen auch für völlig andere Bereiche gelten, ist eine grosse Stärke der Arbeit. Es sind fundamentale Ideen, die universell anwendbar sind.

Beschreiben Sie bitte einen exotischen Zustand.

Der topologische Isolator ist eine solche Phase. Ein Stück Material ist im Innern zwar isolierend und lässt also keinen Strom durch, aber irgendetwas im Innern macht, dass die Oberfläche immer leitet. Und zwar auch, wenn man das Material in der Mitte entzwei schneidet. Als wäre es eine Schokolade im Alupapier und die Verpackung, die Strom leiten kann, bliebe nach einem Schnitt unversehrt.

Haben diese Erkenntnisse auch irgendwelche Auswirkungen auf die Welt?

Absolut. Ich kann Ihnen zwar kein konkretes Gerät nennen, das aufgrund dieser Erklärungen entwickelt wurde. Aber man versteht dadurch schon Magnetfeldsensoren besser und auch die Funktion gewisser Kabel. Und man versucht überall den Schritt zu konkreten Anwendungen zu machen. Es ist denkbar, dass man damit Elektronikbausteine entwickeln kann, die wenig Strom brauchen, oder Quantencomputer, die ein Vielfaches an Rechenleistung haben als heutige Computer.

Wann könnte das der Fall sein?

Ich bin optimistisch, dass es in den nächsten fünf bis zehn Jahren verschiedenste konkrete Anwendungen gibt, die auf der Theorie der drei Physiker beruhen.

Ein Teil der Forschung betraf die Supraleiter, welche Strom bei extremer Kälte widerstandsfrei leiten können. Gibt es das in der Praxis?

Am Cern in Genf wird eine andere Art Supraleiter bereits verwendet.

Es wäre buchstäblich ein Quantensprung für unsere Energieversorgung, wenn einst gewöhnliche Stromleitungen widerstandsfrei leiten würden. Haben uns die Nobelpreisträger diesem Ziel einen Schritt näher gebracht?

Auf jeden Fall. Aber es bleiben noch einige Schritte mehr bis dorthin. Wichtig finde ich aber: Die Physiker wollten dieses Problem gar nicht lösen. Dieser Nobelpreis ehrt die theoretische Forschung und betont, dass eben auch die Forschung ohne direkten Praxisbezug wichtig ist.

Warum finden Sie das so wichtig? Man könnte sich doch schon fragen, warum sich jemand für etwas interessiert, das es nur in der Theorie gibt.

Was unterscheidet uns vom Affen? Wir nehmen uns die Freiheit und machen uns Gedanken über Dinge, die uns intellektuell herausfordern, obwohl man noch nicht sieht, wo es hinführt. Vieles unserer heutigen Technik, ist daraus entstanden. Ich bin zwar inzwischen auch anwendungsorientiert, aber ich bin den Dreien für ihre Vorarbeit sehr dankbar.