Paul Steinhardt - Paul Steinhardt

Paul Steinhardt
Paul J. Steinhardt.jpg
Doğmak
Paul Joseph Steinhardt

( 1952-12-25 )25 Aralık 1952 (68 yaşında)
Milliyet Amerikan
gidilen okul
Bilinen
Ödüller
Bilimsel kariyer
Alanlar Teorik fizik
Kozmoloji
Yoğun Madde Fiziği
kurumlar
Tez (1 + 1)-boyutlarda SU(N) lezzet kuantum elektrodinamiğinin kafes teorisi  (1978)
Doktora danışmanı Sidney R. Coleman
Diğer akademik danışmanlar
Doktora öğrencileri
İnternet sitesi paulsteinhardt .org }

Paul Joseph Steinhardt (25 Aralık 1952 doğumlu), başlıca araştırması kozmoloji ve yoğun madde fiziği olan Amerikalı bir teorik fizikçidir . Halen Princeton Üniversitesi'nde hem Fizik Bölümleri hem de Astrofizik Bilimler fakültesinde olduğu Albert Einstein Bilim Profesörüdür .

Steinhardt, evrenin kökeni, evrimi ve geleceği hakkında yeni teoriler geliştirmesiyle tanınır. Aynı zamanda , bir müze örneğinde bilinen ilk doğal yarı kristali birlikte keşfedene kadar yalnızca insan yapımı malzemeler olarak var olduğu düşünülen, yarı kristaller olarak bilinen yeni bir madde formunu keşfetmesiyle de tanınır . Daha sonra , uzak doğu Rusya'daki Kamçatka Yarımadası'nın vahşi bölgelerinden elde edilen birkaç doğal kuasikristal örneğiyle bu keşfi takip eden ayrı bir ekibi yönetti .

Bu konularda iki popüler kitap yazdı. Neil Turok ile birlikte kaleme alınan Endless Universe: Beyond the Big Bang (2007) , yaygın olarak kabul edilen büyük patlama teorisine meydan okumadaki erken mücadeleleri ve şu anda araştırılmakta olan evrenin sıçramalı veya döngüsel teorilerinin sonraki gelişimini anlatıyor ve test edildi. The Second Kind of Impossible: The Extraordinary Quest for a New Form of Matter (2019) , yarı kristallerin hikayesini, o zamanlar öğrencisi Dov Levine ile birlikte bu kavramı icat etmesinden, doğal içerikli göktaşı parçalarını kurtarmak için uzak doğu Rusya'ya yaptığı sefere kadar anlatıyor. yarı kristal taneler milyarlarca yıl önce oluştu.

Eğitim ve kariyer

Helen ve Charles Steinhardt'ın çocuğu olarak dünyaya gelen Paul Steinhardt, dört çocuğun ikinci en büyüğüdür. Yerel bir üniversitede derslere devam ederken Coral Gables Kıdemli Lisesi'ne gittiği Miami, Florida'da büyüdü. Steinhardt , 1974'te Caltech'te Fizik Lisans derecesini ve doktora derecesini aldı. 1978'de Harvard Üniversitesi'nde , danışmanı Sidney Coleman'ın bulunduğu Fizik bölümünden mezun oldu . 1978'den 1981'e kadar Harvard Society of Fellows'da Junior Fellow olarak görev yaptı ; küçük öğretim üyesinden 1981 ve 1998 yılları arasında Pennsylvania Üniversitesi'nde Mary Amanda Wood Profesörü oldu ve bu süre zarfında Thomas J. Watson Araştırma Merkezi ile uzun süreli bir birliktelik sürdürdü ; 1998 Sonbaharından beri Princeton Üniversitesi'nde öğretim üyesidir. Princeton Teorik Bilim Merkezi'nin kurucu ortağıdır ve 2007'den 2019'a kadar Direktörü olarak görev yapmıştır.

Araştırma

enflasyonist kozmoloji

1980'lerin başlarından başlayarak, Steinhardt, enflasyonist kozmolojinin temellerini atmaya yardımcı olan ufuk açıcı makalelerin ortak yazarlığını yaptı .

Pennsylvania Üniversitesi'nde Steinhardt

Yavaş yavaş şişirme ve galaksiler için tohumların üretilmesi: 1982'de Steinhardt ve Andreas Albrecht (ve bağımsız olarak Andrei Linde ), evrenin genişlemesini hızlandırabilecek ilk şişirme modellerini inşa ettiler . evren ve daha sonra bugün gözlemlenen daha mütevazı genişlemeye "incelikle çıkın". Albrecht-Steinhardt makalesi, Hubble sürtünmesinin şişmeyi yeterince uzun bir süre boyunca sürdürmedeki etkisini ("yavaş yuvarlanma" etkisi) not eden ilk kişiydi ve sonraki çoğu şişirme modeli için prototip oluşturdu.

Hubble sürtünmesi, şişirme sırasında kuantum dalgalanmalarının doğal olarak neredeyse ölçeğe göre değişmeyen bir yoğunluk spektrumu üretebileceğini hesaplamak için güvenilir, göreli olarak ölçülü değişmez bir yöntemi ilk tanıtan James Bardeen, Steinhardt ve Michael S. Turner'ın 1983 tarihli makalesinde kritik bir rol oynadı. küçük bir eğimle dalgalanmalar, daha sonra kozmik mikrodalga arka planının gözlemleriyle gösterilen özellikler, evrenimizin özellikleri olarak gösterildi. Yoğunluk dalgalanmaları, sonunda galaksilerin oluştuğu tohumlardır. Diğer birkaç grup tarafından yapılan eş zamanlı hesaplamalar, daha az titiz yöntemler kullanarak benzer sonuçlar elde etti.

Ebedi şişme ve çoklu evren: 1982'de Steinhardt, sonsuz şişmenin ilk örneğini sundu . Sonunda hiç bitmeyen şişmenin , başlangıçta umulduğu gibi , tek bir pürüzsüz ve düz evren yerine sonsuz bir sonuç aralığını kapsayan sonsuz sayıda parçaya bölünerek çoklu evrene yol açan şişirme modellerinin genel bir özelliği olduğu gösterildi. ilk önerildi.

Bazı kozmologlar daha sonra çoklu evreni benimseyecek olsa da, Steinhardt sürekli olarak onun yaratılmasına yardım ettiği teorinin tahmin gücünü tamamen yok ettiği konusundaki endişesini dile getirdi. Steinhardt, enflasyon teorisinin her olası sonuca izin veren bir çoklu evrene yol açtığı için, enflasyon teorisinin aslında hiçbir şey öngörmediği sonucuna varmamız gerektiğini savundu.

Kütleçekimsel dalgaların kozmik mikrodalga zemin üzerine damgası : 1993 yılında, Robert Crittenden, Rick Davis, JR Bond, G. Efstathiou ve Steinhardt, B-modu sıcaklık haritaları üzerinde yerçekimi dalgalarının tam baskısının ve kutuplaşmasının ilk hesaplamalarını yaptılar . 1993 yılında mikrodalga arka plan radyasyonu.

O Dirac Ödülü'nü paylaştı zaman fikrinin onun eleştirilere rağmen enflasyonist teoriye Steinhardt önemli katkıları 2002 yılında tanındı Alan Guth ait MIT ve Andrei Linde ve Stanford .

Olasılık sorunu: 2013'te Anna Ijjas, Abraham Loeb ve Steinhardt, geniş çapta tartışılan bir çift makaledeki eleştirilere, enflasyonist modelin evrenimizi önceden düşünüldüğünden çok daha az açıklama olasılığının olduğunu ekledi.

Planck uydusu 2013 sonuçlarına ilişkin analizlerine göre, bir şişme periyodundan sonra gözlemlerle eşleşen bir evren elde etme şansı bir googolplex'te birden azdır . Steinhardt ve ekibi sonucu “olasılıksızlık sorunu” olarak adlandırdı. İki makale ayrıca Planck uydu verilerinin tarihsel olarak en basit şişirme modelleri olarak kabul edilenleri dışladığını ve kalan şişirme modellerinin daha fazla parametre, bu parametrelerde daha fazla ince ayar ve daha olası olmayan başlangıç ​​koşulları gerektirdiğini gösterdi.

2015 yılında, benzerlik sorunu yeniden teyit edildi ve Planck uydu ekibi tarafından rapor edilen müteakip bir ölçüm turuyla güçlendirildi.

Sicim-bataklık varsayımlarıyla uyumsuzluk: 2018'de Steinhardt, Prateek Agrawal, George Obieds ve Cumrun Vafa ile işbirliği içinde, enflasyonun sicim teorisiyle uyumsuz olabileceğini savundu çünkü enflasyonist modeller genellikle kısıtlamaları ihlal ediyor (bazen “bataklık varsayımları” olarak adlandırılır). ) bir modelin kuantum yerçekimi ile tutarlı olması için neyin gerekli olduğu konusunda.

Sıçrayan ve döngüsel kozmoloji

Enflasyon teorisinin başarısızlıkları olarak gördüğü şeylerden motive olan Steinhardt, sözde büyük patlamayı bir sıçrama ile değiştiren yeni bir kozmolojik model sınıfının önde gelen geliştiricisi oldu. Yeni teori, önceki bir daralma döneminden şimdiki genişleme dönemine yumuşak bir geçişi öngörerek, herhangi bir şişirme ihtiyacından kaçınıyor ve büyük patlama ile bağlantılı kötü şöhretli kozmik tekillik probleminden kaçıyor. Bu fikirlerin doğal bir uzantısı, sıçrama, genişleme ve daralma dönemlerinin düzenli aralıklarla tekrarlandığı, hiç başlamayan ve hiç bitmeyen döngüsel bir evrendir.

Erken modeller: "Ekpirotik" olarak adlandırılan bu sıçrayan ve döngüsel modellerin ilk örnekleri 2001 yılında Justin Khoury, Burt A. Ovrut ve Neil Turok ile birlikte sunuldu.

İlk model, sicim teorisi tarafından önerilen, evrenin “zarlar” tarafından sınırlanan ekstra boyutlara sahip olduğu (“zar”ın sicim teorisindeki temel bir nesne olan “zar”dan türetildiği) spekülatif nosyonuna dayanıyordu. Sıçrama, bu zarların çarpışmasına ve geri tepmesine karşılık geldi. Sıçrama (yani, zar çarpışması), henüz belirlenmemiş olan kuantum yerçekimi etkilerine hassas bir şekilde bağlı olacak şiddetli bir olay olacaktır. 2002'de Steinhardt ve Turok ekpirotik fikri daha cesur bir öneriye dahil ettiler: döngüsel bir evren teorisinin erken bir versiyonu.

Yeni döngüsel model: Anna Ijjas ve Steinhardt tarafından geliştirilen daha yeni sürümler, ekstra boyutlar veya zarlar veya sicim teorisi gerektirmez; uzay-zamanda gelişen potansiyel enerjiye sahip sıradan alanlar, şişirme modellerine benzer şekilde kullanılabilir. Ayrıca sıçrama, kuantum yerçekimi etkileri önemli hale gelmeden çok önce gerçekleştiği için tamamen hesaplanabilen yumuşak bir geçiştir. Büyük patlamaya dayalı teorilerin aksine, kozmik tekillik sorunu yoktur.

Bu modellerin döngüsel versiyonunda boşluk asla çatlamaz; daha ziyade, zorunlu olarak her 100 milyar yılda bir sıçramadan sıçramaya genel olarak büyür. Her sıçramadan sonra, yerçekimi enerjisi, bir sonraki döngüyü besleyen madde ve radyasyona dönüştürülür. Bir gözlemciye evrim döngüsel görünür çünkü sıcaklık, yoğunluk, yıldızların ve galaksilerin sayısı vb., bir döngüden diğerine ortalama olarak aynıdır ve gözlemci daha fazla boşluk olduğunu bilecek kadar uzağı göremez. . Evrenin genel olarak döngüden döngüye genişlemesi gerçeği, daha önceki döngülerde (yıldızların oluşumu ve diğer entropi üreten süreçlerle) üretilen entropinin, döngüler ilerledikçe giderek seyreltildiği ve dolayısıyla kozmik evrim üzerinde herhangi bir fiziksel etkisinin olmadığı anlamına gelir. . Döngüden döngüye bu büyüme ve ilişkili entropi seyreltme, bu yeni döngüsel modelleri 1920'lerde Friedmann ve Tolman tarafından tartışılan sürümlerden ayıran özelliklerdir ve yeni döngüsel modelin önceki sürümleri kuşatan "entropi probleminden" nasıl kaçındığını açıklar.

Avantajlar: Döngüsel modellerin enflasyonist modellere göre iki önemli avantajı vardır . Birincisi, enflasyon içermedikleri için bir çoklu evren üretmezler. Sonuç olarak, enflasyondan farklı olarak döngüsel modeller, her yerde ampirik testlere tabi olan aynı tahmin edilen özelliklere sahip olan tek bir evren üretir. İkincisi, döngüsel modeller neden karanlık enerjinin olması gerektiğini açıklıyor. Bu modlara göre, karanlık enerjinin neden olduğu hızlandırılmış genişleme, yumuşama sürecini başlatır, karanlık enerjinin diğer enerji biçimlerine bozunması, yavaş bir büzülme dönemini başlatır ve yavaş büzülme, evrenin düzleştirilmesinden ve düzleştirilmesinden sorumludur.

Tahminler: Döngüsel modellerin bir öngörüsü, şişirmenin aksine, yumuşatma ve düzleştirme işlemi sırasında saptanabilir yerçekimi dalgalarının üretilmemesidir. Bunun yerine, kozmik dalga boyu ölçeklerinde yerçekimi dalgalarının tek kaynağı, mevcut detektörlerde bulunamayacak kadar zayıf ama nihayetinde saptanabilir genliklerle sıçramadan çok sonra üretilen "ikincil kütleçekim dalgaları" olarak adlandırılır. İkinci bir tahmin, bir sonraki döngüyü başlatmak için mevcut hızlanma genişlemesinin sonunda durması ve vakumun sonunda azalması gerektiğidir. (Diğer tahminler, daralmaya neden olan belirli alanlara (veya zarlara) bağlıdır.)

Döngüsel model, kuantum yerçekimi teorilerinin beklediği muazzam değere kıyasla , kozmolojik sabitin neden katlanarak küçük ve pozitif olduğunu doğal olarak açıklayabilir . Kozmolojik sabit beklendiği gibi büyük başlayabilir, ancak daha sonra birçok döngü boyunca yavaş yavaş bugün gözlemlenen küçük değere düşer.

Keşfi Higgs alanında en büyük Hadron Hizlandirici (LHC) siklik model için ilave destek temin edebilecektir. LHC'den elde edilen kanıtlar, Steinhardt, Turok ve Itzhak Bars tarafından yapılan hesaplamalara göre mevcut boşluğun gelecekte azalabileceğini gösteriyor. Döngüsel model, mevcut genişleme, daralma, sıçrama ve yeni bir genişleme çağını sona erdirmek için mevcut boşluğun azalmasını gerektirir; Higgs, test edilebilecek olası bir bozulma mekanizması sağlar. Higgs alanı, genişleme ve daralma döngülerini yönlendiren alan için uygun bir adaydır.

Karanlık enerji ve karanlık madde: Steinhardt, evrenin "karanlık tarafını" araştırmaya önemli katkılarda bulundu: karanlık enerji , kozmolojik sabit problem ve karanlık madde .

Kozmik ivmenin ilk kanıtı: 1995'te Steinhardt ve Jeremiah Ostriker , bugün sıfır olmayan bir karanlık enerji bileşeninin olması gerektiğini göstermek için kozmolojik gözlemlerin bir uyumunu kullandılar, toplam enerji yoğunluğunun yüzde 65'inden fazlası, evrenin genişlemesine neden olmaya yeterli. hızlandırmak için evren. Bu, üç yıl sonra 1998'deki süpernova gözlemleriyle doğrulandı.

Quintessence: Meslektaşlarıyla birlikte çalışarak , zamanla değişen bir karanlık enerji biçimi olan quintessence kavramını tanıttı . İlk olarak Steinhardt'ın ekibi tarafından (tanım gereği) sabit ve statik olan kozmolojik sabite bir alternatif olarak ortaya atıldı; özü dinamiktir. Enerji yoğunluğu ve basıncı zamanla gelişir. Agrawal, Obieds ve Vafa ile bataklık varsayımları üzerine 2018 makalesi, sicim teorisi ve tutarlı kuantum yerçekiminde karanlık enerji için tek seçenek olarak özüne işaret ediyor.

Kendinden etkileşim karanlık madde: 2000 yılında, David Spergel ve Steinhardt ilk kuvvetle kavramını ortaya kendiliğinden etkileşim karanlık madde karanlık maddeyi varsayarak oluşur temelinde standart soğuk karanlık modellerinde çeşitli anomalilere açıklamak (SIDM) zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacık (ayrıca sevk "WIMP'ler" olarak)

2014 yılında, Steinhardt, Spergel ve Jason Pollack, karanlık maddenin küçük bir bölümünün ultra güçlü kendi kendine etkileşimlere sahip olabileceğini ve bunun da parçacıkların hızla birleşmesine ve erken süper kütleli kara delikler için tohumlara çökmesine neden olacağını öne sürdüler .

yarı kristaller

Teorinin geliştirilmesi: 1983 yılında, Steinhardt ve o zamanlar öğrencisi olan Dov Levine, ilk olarak bir patent açıklamasında kuasikristallerin teorik kavramını tanıttı . Tam teori ertesi yıl "Quasicrystals: A New Class of Ordered Structures" başlıklı bir makalede yayınlandı. Teori, daha önce katılar için imkansız olduğu düşünülen dönme simetrilerine sahip Penrose döşemelerine benzer yeni bir katı madde fazının varlığını önerdi. Steinhardt ve Levine, maddenin yeni evresini "yarı kristal" olarak adlandırdı. Daha önce hiç görülmemiş atomik yapı , geleneksel kristallerin periyodik sıralama özelliğinden ziyade yarı periyodik atomik sıralamaya sahipti .

Yeni teori 200 yıllık bilimsel dogmayı alt üst etti ve yarı kristallerin maddenin simetrisi hakkında önceden kabul edilmiş tüm matematiksel teoremleri ihlal edebileceğini kanıtladı. Bir zamanlar katılar için yasak olduğu düşünülen simetriler, eksenleri beş katlı simetriye ve üç boyutlu ikosahedral simetriye sahip katılar da dahil olmak üzere yarı kristaller için aslında mümkündür .

İlk sentetik yarı kristal: Ulusal Standartlar Bürosu'nda (NBS) Steinhardt ve Levine, Dan Shechtman , Ilan Blech, Denis Gratias ve John Cahn ile aynı anda ancak bağımsız olarak çalışmak, açıklayamadıkları deneysel bir keşfe odaklandılar. Bilinen herhangi bir kristal yapıya uymayan ikosahedral simetri ile düzenlenmiş keskin (ancak tam olarak nokta benzeri olmasa da) lekelerin kırınım desenine sahip alışılmadık bir manganez ve alüminyum alaşımıydı . Alaşım ilk olarak 1982'de kaydedildi, ancak daha ikna edici veriler elde edildikten sonra sonuçlar Kasım 1984'e kadar yayınlanmadı.

Steinhardt ve Levine'e Shechtman ekibinin makalesinin bir ön baskısı gösterildi ve bunun, henüz yayınlanmamış yarı kristal teorilerinin deneysel kanıtı olabileceğini hemen anladı. Teori, yeni alaşımın gizemli, yasak yapısını açıklayabileceği önerisiyle birlikte Aralık 1984'te yayınlandı.

Yeni alaşımın nihayetinde sorunlu olduğu keşfedildi. Kararsız olduğunu kanıtladı ve kırınım modelinde belirtilen kusurlar , sonraki birkaç yıl boyunca hararetle tartışılan birden fazla açıklamaya ( Linus Pauling tarafından önerilen kristal ikizlenme hakkında bir açıklama dahil) izin verdi . 1987'de, An-Pang Tsai ve Japonya'nın Tohoku Üniversitesi'ndeki grubu , ilk kararlı ikosahedral yarı kristalin senteziyle önemli bir atılım yaptı . Steinhardt ve Levine'in yarı kristal teorisiyle yakın bir uyum içinde düzenlenmiş keskin kırınım noktalarına sahipti ve alternatif açıklamaların herhangi biri ile tutarsızdı. Teorik tartışma etkili bir şekilde sona erdi ve Steinhardt-Levine teorisi geniş çapta kabul gördü.

Küçük bir numune arasında genelinde 3 mm, yaklaşık Khatyrkite tohumlu zeytin göktaşı İtalya, Floransa'da Museo di Storia Naturale de maden koleksiyonundan (üst ve alt sol paneller). 2 Ocak 2009'da Paul Steinhardt ve Nan Yao, numuneye gömülü bilinen ilk doğal yarı kristali tanımladılar (sağ alt panelde kırmızı daire ile gösterilen keşif alanı).

İlk doğal yarı kristal: 1999'da Steinhardt, doğal bir yarı kristal aramak için Princeton Üniversitesi'nde bir ekip kurdu . Peter Lu, Ken Deffeyes ve Nan Yao'dan oluşan ekip, uluslararası bir toz kırınım desenleri veritabanında arama yapmak için yeni bir matematiksel algoritma geliştirdi.

İlk sekiz yıl boyunca, arama sonuç vermedi. 2007 yılında, Universite' di Firenze'deki maden koleksiyonunun küratörü olan İtalyan bilim adamı Luca Bindi ekibe katıldı. İki yıl sonra Bindi, müzesinin deposunda gelecek vaat eden bir örnek tespit etti. Birkaç milimetre çapındaki minik numune, bakır ve alüminyumdan oluşan sıradan bir kristal olan " khatyrkite " etiketli bir kutuya konmuştu . 2 Ocak 2009'da, Princeton Görüntüleme Merkezi müdürü Steinhardt ve Nan Yao, materyali incelediler ve bir ikosahedral yarı kristalin imza kırınım modelini belirlediler. Bu bilinen ilk doğal yarı kristaldi .

İlk doğal yarı kristal olan ikosahedrit için elektron kırınım modeli , elektron ışınını beş katlı bir simetri eksenine yönelterek elde edilir. Modeller, ilk olarak 1980'lerde bir ikosahedral yarı kristal için Paul Steinhardt ve Dov Levine tarafından tahmin edilen beş katlı modellerle mükemmel bir şekilde (deneysel çözünürlüğe kadar) karşılık gelir.

Uluslararası Mineraloji Derneği yeni olarak Kuazi Kristal kabul mineral ve adı, tayin icosahedrite . Materyal , 1987 yılında An-Pang Tsai ve grubu tarafından laboratuvarlarında sentezlenen termodinamik olarak kararlı ilk yarı kristal ile tamamen aynı atomik bileşime (Al 63 Cu 24 Fe 13 ) sahipti .

Chukotka'ya Keşif Gezisi: Müze örneğini belirledikten iki yıl sonra, Steinhardt uluslararası bir uzmanlar ekibi kurdu ve onları kaynağına, uzak doğu Rusya'daki Kamçatka Yarımadası'nın kuzey yarısındaki Chukotka Özerk Okrugu'ndaki uzak Listventovyi akışına bir keşif gezisine çıkardı. . Ekip, 1979'da Listventovyi deresinde çalışırken orijinal khatirkit kristali örneklerini bulan Rus cevher jeologu Bindi ve Valery Kryachko'yu içeriyordu.

2011 yılında Kamçatka Yarımadası'ndaki Listventovyi deresinde (soldan sağa): Luca Bindi (Firenze Üniversitesi, İtalya), Valery Kryachko (IGEM, Rusya) ve Paul Steinhardt (Princeton, ABD)

Ekibin diğer üyeleri: Chris Andronicos, Vadim Distler, Michael Eddy, Alexander Kostin, Glenn MacPherson, Marina Yudovskaya ve Steinhardt'ın oğlu William Steinhardt.

Koryak Dağları'ndaki Listvenitovyi deresi kıyısında bir buçuk ton kil kazıp süzdükten sonra , ikosahedrit içeren sekiz farklı tane tespit edildi. Sonraki yıllarda, Steinhardt'ın ekibi, hem Floransa müzesinde bulunan örneğin hem de Chukotka'daki tarladan toplanan örneklerin 4,5 milyar yıl önce (gezegenler olmadan önce) oluşan bir göktaşından geldiğini ve Dünya'ya yaklaşık 15.000 indiğini kanıtladı. Yıllar önce.

Daha doğal yarı kristaller: Daha ileri çalışmalar Chukotka örneklerinde başka yeni mineraller ortaya çıkardı. 2014 yılında bu minerallerden birinin alüminyum, nikel ve demirin (Al38Ni33Fe30) kristalin bir fazı olduğu keşfedildi. Uluslararası Mineraloji Derneği tarafından kabul edildi ve Steinhardt'ın onuruna "steinhardtite" olarak adlandırıldı. 2015 yılında, aynı göktaşının farklı bir tanesinde ikinci bir doğal yarı kristal türü keşfedildi. Bilinen ikinci doğal kuasikristalin farklı bir alüminyum, nikel ve demir karışımı (Al71Ni24Fe5) olduğu ve ongen bir simetriye sahip olduğu (her biri 10 kat simetriye sahip düzenli bir atomik katman istifi) bulundu. Uluslararası Mineraloji Derneği tarafından kabul edildi ve "decagonite" adı verildi.

Üç kristal mineral daha keşfedildi ve Steinhardt'ın yarı kristal araştırmasında yer alan meslektaşlarının adını aldı: Princeton petrolog Lincoln Hollister için “hollisterite”; Rus jeolog Valery Kryachko için “kryachkoite”; ve Caltech'in eski başkanı Ed Stolper için “stolperite”.

Sağ yarısında Girih çini Kuazi Kristal desen Parapet de Darb-e İmam Shrine

İlk atom bombası testinde bulunan ilk yarı kristal: 2021'de Steinhardt , 16 Temmuz 1945'te Alamogordo, New Mexico'da ilk nükleer cihazın patlamasıyla oluşturulan yeni bir ikosahedral yarı kristal keşfeden ekibe liderlik etti ( Trinity testi). Yeni yarı kristal bir kırmızı trinitit örneği içinde keşfedildi ve şimdiye kadar keşfedilen en eski antropojenik yarı kristaldir . Demir, silikon, bakır ve kalsiyumdan oluşan daha önce bilinmeyen yapının, atomik test patlaması sırasında buharlaşmış çöl kumu ve bakır kabloların füzyonuyla oluştuğu düşünülüyor. Trinitit içinde benzersiz bir yarı kristalin keşfi, nükleer adli tıp alanını dönüştürebilir ve bu da, yasa uygulayıcıların gelecekteki terörist saldırıları önlemesine yardımcı olabilecek yeni bir teşhis aracına yol açabilir. bir atom silahı ve suçluları takip edin.

Alana diğer katkılar: Steinhardt ve işbirlikçileri, kuasikristallerin nasıl ve neden oluştuğuna ve elastik ve hidrodinamik özelliklerine ilişkin teoriler de dahil olmak üzere, kuasikristallerin benzersiz matematiksel ve fiziksel özelliklerinin anlaşılmasına önemli katkılarda bulundular .

Peter J. Lu ve Steinhardt bir yarı kristal keşfetti İslam üzerine döşeme İmam Darb-e de Tapınak (MS 1453) İsfahan , İran inşa girih karoları . 2007'de, ilk sanatçıların giderek daha karmaşık periyodik girih desenleri yaratma biçimini deşifre ettiler . Bu erken tasarımların , Penrose kalıplarının ve Steinhardt-Levine yarı kristal teorisinin keşfinden beş yüzyıl önce neredeyse mükemmel bir yarı kristal kalıbın geliştirilmesinde doruğa ulaştığı gösterildi .

Fotonik ve hiper tekdüzelik

Steinhardt'ın yarı kristaller ve diğer kristal olmayan katılar üzerindeki araştırması, yeni fotonik ve fononik özelliklere sahip tasarımcı malzemeleri üzerinde çalışmaya doğru genişledi .

Fotonik yarı kristaller: Steinhardt, Paul Chaikin, Weining Man ve Mischa Megens'in de aralarında bulunduğu bir araştırmacılar ekibi, 2005 yılında ikosahedral simetriye sahip ilk fotonik yarı kristali tasarladı ve test etti . Fotonik bant boşluklarının ("PBG'ler") varlığını ilk ortaya koyanlar onlardı. Bu malzemeler, sonlu bir frekans (veya renk) aralığı için ışığı bloke eder ve bir yarı iletkenin sonlu bir enerji aralığı için elektronları bloke etmesine benzer şekilde, bu bandın dışındaki frekanslarla ışığın geçmesine izin verir .

Hiperüniform düzensiz katılar (HUDS): 2009 yılında Salvatore Torquato ve Marian Florescu ile birlikte çalışan Steinhardt, hiperüniform düzensiz katılar (HUDS) adı verilen yeni bir fotonik malzeme sınıfını keşfetti ve hiperüniform düzensiz dielektrik element düzenlemesinden oluşan katıların bant boşlukları ürettiğini gösterdi. mükemmel küresel simetri. Işık için izotropik yarı iletkenler olarak hareket eden bu malzemeler, optik iletişim , fotonik bilgisayarlar, enerji hasadı, doğrusal olmayan optikler ve geliştirilmiş ışık kaynakları dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalarda ışığı kontrol etmek ve işlemek için kullanılabilir .

Phoamtonics: 2019'da Steinhardt, Michael Klatt ve Torquato ile birlikte köpük benzeri tasarımlara dayalı fotonik malzemeleri ifade eden "foamtonik" fikrini ortaya attı. Köpük kenarlarının (köpük kabarcıkları arasındaki kesişmeler) en ünlü iki kristal köpük yapısı olan Kelvin köpükleri ve Weiare-Phelan köpükleri için bir dielektrik malzemeye dönüştürülmesiyle oluşturulan ağ yapılarında büyük fotonik bant boşluklarının ortaya çıkabileceğini gösterdiler.

Etaphase Inc.: Steinhardt ve Princeton meslektaşlarının meta-materyal buluşları değerli ticari uygulamalara sahiptir. 2012'de bilim adamları, keşiflerini çok çeşitli yüksek performanslı ürünlere uygulayacak olan Etaphase adlı yeni bir şirketin kurulmasına yardımcı oldular. Buluşlar, entegre devreler, yapısal malzemeler, fotonik, iletişim, çipten çipe iletişim, çip içi iletişim, sensörler, veri iletişimi, ağ oluşturma ve güneş uygulamalarında kullanılacaktır.

amorf katılar

Steinhardt'ın düzensiz madde formları üzerindeki araştırması, camların ve amorf yarı iletkenlerin ve amorf metallerin yapısı ve özellikleri üzerine odaklanmıştır .

1973'te cam ve amorf silikondan oluşan ilk bilgisayar tarafından üretilen sürekli rastgele ağ (CRN) modelini inşa etti , henüz Caltech'te lisans öğrencisiyken . CRN'ler, günümüzde amorf silikon ve diğer yarı iletkenlerin önde gelen modeli olmaya devam etmektedir. Richard Alben ve D. Weaire ile birlikte çalışarak, yapısal ve elektronik özellikleri tahmin etmek için bilgisayar modelini kullandı.

David Nelson ve Marco Ronchetti ile birlikte çalışan Steinhardt , 1981'de sıvılarda ve katılarda atomlar arası bağların hizalanma derecesini hesaplamak için "yönsel düzen parametreleri" olarak bilinen matematiksel ifadeleri formüle etti. Bunları, monatomik aşırı soğutulmuş sıvıların bilgisayar simülasyonlarına uygulayarak, şunu gösterdiler: sıvılar soğudukça atomlar sonlu aralıklı ikosahedral (futbol topuna benzer) bağ oryantasyon düzenine sahip düzenlemeler oluşturur .

Onurlar ve ödüller

Referanslar