פיזיקה

מרדכי (מוטי) הייבלום

שייכות בעת הענקת הפרס:

מכון ויצמן למדע, ישראל

נימוק למתן הפרס:

"על תרומתם להבנת התכונות הייחודיות של מערכות אלקטרונים דו-ממדיות בשדות מגנטיים חזקים".

שותפים לפרס:

מרדכי הייבלום

ג'ייננדרה ג'אין

ג'יימס אייזנשטיין

מרדכי (מוטי) הייבלום (1947 ,ישראל) פיזיקאי ומהנדס חשמל, קיבל תואר ראשון בטכניון בשנת 1973 , תואר שני באוניברסיטת קרנגי מלון, ארה"ב בשנת 1974 , ותואר דוקטור בשנת 1978 מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי. כולם בהנדסת חשמל. את הקריירה שלו החל במרכז המחקר תומאס ג'יי ווטסון של IBM , שם עבד במשך 12 שנים. בשנת 1990 שב הייבלום לישראל כדי להקים את המרכז התת-מיקרוני למחקר התקני מוליכים- למחצה ממוזערים במכון ויצמן למדע, בו הוא משמש כמנהל מאז היווסדו. בנוסף, הוא ייסד ועמד בראש המחלקה לפיזיקת חומר מעובה, והוא מכהן בקתדרה על שם אלכס ואידה סוסמן למחקרים תת-מיקרונים.

שלושת הזוכים הובילו להבנה מעמיקה של אפקט הול הקוונטי השברי. תופעה זו, (שזיכתה את מגליה בפרס נובל), מתרחשת בשכבת אלקטרונים דקה שעליה פועל שדה מגנטי חזק: הזרם החשמלי נראה כאילו הוא נישא על ידי חלקיקים שמטענם החשמלי הוא שבר של מטען האלקטרון.

ד"ר ג'אין פיתח מסגרת תאורטית להבנה אינטואיטיבית של התופעה, כאשר הציג את החלקיק בעל המטען ״השבור״ כ״פרמיון מרוכב״: אלקטרון המחובר לגליל דמיוני בו כלוא שטף מגנטי. הרעיון המהפכני של ד״ר ג’אין-מערכת שבה מספר רב של אלקטרונים שביניהם אינטראקציות חזקות יכולה להיות מתוארת על ידי חלקיקים מרוכבים שביניהם אינטראקציות חלשות- מסבירה במלואה את תופעת הול השברית. חלקיקים מרוכבים אלו ידועים כיום כ״מצבי ג’אין״. חישובים שנעשו במסרגת התאורטית התאימו להפליא לתוצאות מחקרים נומריים והסבירו תוצאות ניסיוניות, במיוחד של ניסויים (שבהם צפיפות האלקטרונים התאימה לערך השברי 5/2) שמצאו התנהגות הדומה במידת-מה לזו של מוליך-על.
ד"ר הייבלום הוביל את חקר חלקיקים אקזוטיים אלה במעבדה. באמצעות פיתוח חומרים (חצאי-מוליכים) בדרגת ניקיון גבוהה במיוחד ושימוש בטכניקות של התאבכות אלקטרונית, סיפקה הקבוצה של הייבלום עדויות ישירות לקיומו של מטען שברי ואימתה מספר תחזיות יסודיות, כמו הסטטיסטיקה האנומלית (זו שנמצאת בין הסטטיסטיקה של פרמיונים לזו של הבוזונים). ניסוי מרכזי בקבוצתו של הייבלום גילה במפתיע הולכת חום מקוונטטת בחומר בו צפיפות האלקטרונים מתאימה לערך השברי 5/2 . הניסוי הזה מאשש את התחזית כי הפרמיונים המרוכבים הינם פרמיוני מאיורנה בעלי המטען השבור, שלהם השלכות אפשריות על מחשוב קוונטי.
ד”ר אייזנשטיין היה שותף לגילוי מצב הול הקוונטי השברי המתאים לערך 5/2 , והמשיך לחקור פאזות אקזוטיות של מערכות אלקטרונים דו-ממדיות. מחקריו כוללים גילוי של מצב אנאיזוטרופי שבו ההתנגדות הנמדדת לאורך כיוון מסוים גדולה באופן משמעותי מההתנגדות בכיוון המאונך לו, תופעה המזכירה גביש נוזלי. השיטות שפיתח ד”ר אייזנשטיין להפרדת שכבות מגע של אלקטרונים בודדים, אפשרו להבין את התנועה המתואמת של זוגות אלקטרון-חור בשתי השכבות. באופן כזה הוא ראה בניסוי את עיבוי בוז-איינשטיין, תצפית פורצת דרך בתחומה.
הענקת פרס וולף לשנת 2025 לשלושת הפיזיקאים האלה מהווה הכרה בתרומותיהם יוצאות הדופן לחקר חומרים קוונטיים, והשפעותיהן מרחיקות הלכת על טכנולוגיות קוונטיות מתפתחות.

ג'יימס אייזנשטיין

שייכות בעת הענקת הפרס:

קאלטק (Caltech), ארה"ב

נימוק למתן הפרס:

"על תרומתם להבנת התכונות הייחודיות של מערכות אלקטרונים דו-ממדיות בשדות מגנטיים חזקים".

שותפים לפרס:

ג'יימס אייזנשטיין

ג'ייננדרה ג'אין

מרדכי הייבלום

ג'יימס אייזנשטיין (1952 , ארה"ב) קיבל תואר ראשון באוניברסיטת אוברלין, ארה"ב בשנת 1974 והשלים דוקטורט בפיזיקה באוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, בשנת 1980 . לאחר ששימש כמרצה באוניברסיטת ויליאמס, הצטרף למעבדות בל בשנת 1983 כחבר בצוות הטכני. בשנת 1996 קיבל משרת סגל במכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech) והפך לפרופסור לפיזיקה ופיזיקה יישומית ע"ש פרנק ג'יי. רושק בשנת 2005 . הוא פרש כפרופסור אמריטוס בשנת 2018 וסיים את מחקריו הניסיוניים בשנת 2021 . אייזנשטיין תרם לוועדות רבות של המועצה הלאומית למחקר בארצות הברית, כולל ועדת מדעי המצב המוצק והוועדה לפיזיקה ואסטרונומיה. בנוסף, שימש כעורך משנה בכתב העת Annual Review of Condensed Matter Physics בין השנים 2014 ל- 2017 .

שלושת הזוכים הובילו להבנה מעמיקה של אפקט הול הקוונטי השברי. תופעה זו, (שזיכתה את מגליה בפרס נובל), מתרחשת בשכבת אלקטרונים דקה שעליה פועל שדה מגנטי חזק: הזרם החשמלי נראה כאילו הוא נישא על ידי חלקיקים שמטענם החשמלי הוא שבר של מטען האלקטרון.

ד"ר ג'אין פיתח מסגרת תאורטית להבנה אינטואיטיבית של התופעה, כאשר הציג את החלקיק בעל המטען ״השבור״ כ״פרמיון מרוכב״: אלקטרון המחובר לגליל דמיוני בו כלוא שטף מגנטי. הרעיון המהפכני של ד״ר ג’אין-מערכת שבה מספר רב של אלקטרונים שביניהם אינטראקציות חזקות יכולה להיות מתוארת על ידי חלקיקים מרוכבים שביניהם אינטראקציות חלשות- מסבירה במלואה את תופעת הול השברית. חלקיקים מרוכבים אלו ידועים כיום כ״מצבי ג’אין״. חישובים שנעשו במסרגת התאורטית התאימו להפליא לתוצאות מחקרים נומריים והסבירו תוצאות ניסיוניות, במיוחד של ניסויים (שבהם צפיפות האלקטרונים התאימה לערך השברי 5/2) שמצאו התנהגות הדומה במידת-מה לזו של מוליך-על.
ד"ר הייבלום הוביל את חקר חלקיקים אקזוטיים אלה במעבדה. באמצעות פיתוח חומרים (חצאי-מוליכים) בדרגת ניקיון גבוהה במיוחד ושימוש בטכניקות של התאבכות אלקטרונית, סיפקה הקבוצה של הייבלום עדויות ישירות לקיומו של מטען שברי ואימתה מספר תחזיות יסודיות, כמו הסטטיסטיקה האנומלית (זו שנמצאת בין הסטטיסטיקה של פרמיונים לזו של הבוזונים). ניסוי מרכזי בקבוצתו של הייבלום גילה במפתיע הולכת חום מקוונטטת בחומר בו צפיפות האלקטרונים מתאימה לערך השברי 5/2 . הניסוי הזה מאשש את התחזית כי הפרמיונים המרוכבים הינם פרמיוני מאיורנה בעלי המטען השבור, שלהם השלכות אפשריות על מחשוב קוונטי.
ד”ר אייזנשטיין היה שותף לגילוי מצב הול הקוונטי השברי המתאים לערך 5/2 , והמשיך לחקור פאזות אקזוטיות של מערכות אלקטרונים דו-ממדיות. מחקריו כוללים גילוי של מצב אנאיזוטרופי שבו ההתנגדות הנמדדת לאורך כיוון מסוים גדולה באופן משמעותי מההתנגדות בכיוון המאונך לו, תופעה המזכירה גביש נוזלי. השיטות שפיתח ד”ר אייזנשטיין להפרדת שכבות מגע של אלקטרונים בודדים, אפשרו להבין את התנועה המתואמת של זוגות אלקטרון-חור בשתי השכבות. באופן כזה הוא ראה בניסוי את עיבוי בוז-איינשטיין, תצפית פורצת דרך בתחומה.
הענקת פרס וולף לשנת 2025 לשלושת הפיזיקאים האלה מהווה הכרה בתרומותיהם יוצאות הדופן לחקר חומרים קוונטיים, והשפעותיהן מרחיקות הלכת על טכנולוגיות קוונטיות מתפתחות.

ג'ייננדרה ג'אין

שייכות בעת הענקת הפרס:

אוניברסיטת המדינה של פנסילבניה, ארה"ב

נימוק למתן הפרס:

"על תרומתם להבנת התכונות הייחודיות של מערכות אלקטרונים דו-ממדיות בשדות מגנטיים חזקים".

שותפים לפרס:

ג'ייננדרה ג'אין

מרדכי הייבלום

ג'יימס אייזנשטיין

ג'ייננדרה ג'אין (1960, הודו) קיבל תואר ראשון במכללת מהרג'ה בג'איפור (1979), תואר שני בפיזיקה במכון הטכנולוגי ההודי (IIT) בקאנפור (1981), ודוקטורט באוניברסיטת סטוני ברוק (1985) בהנחיית הפרופסורים פיליפ ב. אלן וסטיבן קיבלסון. לאחר תקופות פוסט-דוקטורט באוניברסיטת מרילנד (1988) ובאוניברסיטת ייל (1989), חזר ג'אין לאוניברסיטת סטוני ברוק כחבר סגל בשנת 1989 . בשנת 1998 הצטרף לאוניברסיטת פנסילבניה, שם הוא ממשיך בעבודתו עד היום. הוא כתב את הספר Composite Fermions (הוצאת אוניברסיטת קיימברידג', 2007) ושימש כעורך שותף של Fractional Quantum Hall Effects: New Developments (הוצאת וורלד סיינטיפיק, 2020) יחד עם ברטראנד הלפרין.

שלושת הזוכים הובילו להבנה מעמיקה של אפקט הול הקוונטי השברי. תופעה זו, (שזיכתה את מגליה בפרס נובל), מתרחשת בשכבת אלקטרונים דקה שעליה פועל שדה מגנטי חזק: הזרם החשמלי נראה כאילו הוא נישא על ידי חלקיקים שמטענם החשמלי הוא שבר של מטען האלקטרון.

ד"ר ג'אין פיתח מסגרת תאורטית להבנה אינטואיטיבית של התופעה, כאשר הציג את החלקיק בעל המטען ״השבור״ כ״פרמיון מרוכב״: אלקטרון המחובר לגליל דמיוני בו כלוא שטף מגנטי. הרעיון המהפכני של ד״ר ג’אין-מערכת שבה מספר רב של אלקטרונים שביניהם אינטראקציות חזקות יכולה להיות מתוארת על ידי חלקיקים מרוכבים שביניהם אינטראקציות חלשות- מסבירה במלואה את תופעת הול השברית. חלקיקים מרוכבים אלו ידועים כיום כ״מצבי ג’אין״. חישובים שנעשו במסרגת התאורטית התאימו להפליא לתוצאות מחקרים נומריים והסבירו תוצאות ניסיוניות, במיוחד של ניסויים (שבהם צפיפות האלקטרונים התאימה לערך השברי 5/2) שמצאו התנהגות הדומה במידת-מה לזו של מוליך-על.
ד"ר הייבלום הוביל את חקר חלקיקים אקזוטיים אלה במעבדה. באמצעות פיתוח חומרים (חצאי-מוליכים) בדרגת ניקיון גבוהה במיוחד ושימוש בטכניקות של התאבכות אלקטרונית, סיפקה הקבוצה של הייבלום עדויות ישירות לקיומו של מטען שברי ואימתה מספר תחזיות יסודיות, כמו הסטטיסטיקה האנומלית (זו שנמצאת בין הסטטיסטיקה של פרמיונים לזו של הבוזונים). ניסוי מרכזי בקבוצתו של הייבלום גילה במפתיע הולכת חום מקוונטטת בחומר בו צפיפות האלקטרונים מתאימה לערך השברי 5/2 . הניסוי הזה מאשש את התחזית כי הפרמיונים המרוכבים הינם פרמיוני מאיורנה בעלי המטען השבור, שלהם השלכות אפשריות על מחשוב קוונטי.
ד”ר אייזנשטיין היה שותף לגילוי מצב הול הקוונטי השברי המתאים לערך 5/2 , והמשיך לחקור פאזות אקזוטיות של מערכות אלקטרונים דו-ממדיות. מחקריו כוללים גילוי של מצב אנאיזוטרופי שבו ההתנגדות הנמדדת לאורך כיוון מסוים גדולה באופן משמעותי מההתנגדות בכיוון המאונך לו, תופעה המזכירה גביש נוזלי. השיטות שפיתח ד”ר אייזנשטיין להפרדת שכבות מגע של אלקטרונים בודדים, אפשרו להבין את התנועה המתואמת של זוגות אלקטרון-חור בשתי השכבות. באופן כזה הוא ראה בניסוי את עיבוי בוז-איינשטיין, תצפית פורצת דרך בתחומה.
הענקת פרס וולף לשנת 2025 לשלושת הפיזיקאים האלה מהווה הכרה בתרומותיהם יוצאות הדופן לחקר חומרים קוונטיים, והשפעותיהן מרחיקות הלכת על טכנולוגיות קוונטיות מתפתחות.

מרטין ריס 

שייכות בעת הענקת הפרס:

אוניברסיטת קיימברידג', אנגליה

נימוק למתן הפרס:

"על תרומותיו החלוציות לאסטרופיזיקה של אנרגיות גבוהות, יצירת גלקסיות ומבנים ביקום, וקוסמולוגיה".

שותפים לפרס:

ללא שותפים

לורד מרטין ריס Lord Martin Rees (נולד באנגליה בשנת 1942) הוא אחד מן הפיזיקאים התיאורטיקנים הידועים ביותר בני זמנינו שלו תרומות מדעיות רבות, פורצות דרך, בתחום האסטרופיזיקה, החל מקוסמולוגיה ותהליכי יצירת כוכבים וגלקסיות ביקום הקדום, ועד לתהליכים בסיסיים בתחום האסטרופיזיקה של אנרגיות גבוהות, יצירה והתפתחות של חורים שחורים מאסיביים במרכזי גלקסיות, והדרך בה נעים ומתפרקים כוכבים בסביבתם של חורים שחורים כאלה. תרומות אלה עצבו את תמונת היקום בו אנו חיים.
כסטודנט וחוקר צעיר בעל רקע רחב במתמטיקה גילה ריס עניין רב בתחום האסטרופיזיקה אשר היה, בשנים ההן, מן התחומים המתפתחים ביותר של המדע והניב שפע של תופעות ותצפיות חדשות שחלקן הגדול המתין עדיין להסבר. משרתו הראשונה כפרופסור באוניברסיטת סאסקס שבאנגליה בשנת 1973, הובילה את ריס מאוחר יותר למכון האסטרונומי בקיימברידג' שם כיהן במשרה היוקרתית של פרופסור-פלומיאן לאסטרונומיה ולפילוסופיה, והיה מנהלו של המכון והמאסטר של טריניטי-קולג'. מאוחר יותר התקבל ריס כחבר בחברה המלכותית (האקדמיה הבריטית למדעים) וכיהן כנשיא החברה במשך עשור. בשנת 2005 התקבל ריס לבית הלורדים הבריטי והחל משנת 1995 הוא נושא בתואר הכבוד "האסטרונום המלכותי (Astronomer Royal) של הממלכה המאוחדת" .
עבודותיו ותגליותיו של מרטין ריס עיצבו במידה רבה את הבנת היקום בו אנו חיים. בתחום הקוסמולוגיה הוא ידוע כראשון שהציע מדידות קיטוב של קרינת הרקע הקוסמית כמכשיר מרכזי לפענוח מקור התנודות המרחביות של קרינה זו, וכמפתח להבנת תהליכי יסוד ביקום הקדום. הוא היה גם מאבות התחום הידוע היום כקוסמולוגיה של קרינת 21 ס"מ מאטומי מימן ניטרלי – מכשיר מרכזי להבנת היקום בתקופה שקדמה ליצירת הכוכבים הראשונים. עבודות נוספות של ריס הקשורות ליקום הצעיר נוגעות בתהליכי היצירה של הכוכבים הראשונים והגלקסיות הראשונות. ריס פעל ופרסם רבות בתחום האסטרופיזיקה של אנרגיות גבוהות. הוא חקר והסביר התפרצויות קוסמיות בתחום קרינת גמא הנגרמות על ידי התמזגות כוכבי ניוטרונים והתפוצצויות סופר נובות. הוא הציע גם מנגנונים ייחודיים להסבר תופעת סילוני הגז היחסותי הנצפים בגלקסיות רדיו ענקיות. עבודותיו התיאורטיות אושרו בהמשך על ידי מצפי רדיו חדישים וטלסקופי חלל בתחום קרינת גמא. תחום מרכזי נוסף בו עסק ריס במשך שנים רבות הוא מחקר תיאורטי של חורים שחורים מסיביים במרכזי גלקסיות. הוא הציע מנגנונים שונים ליצירת חורים שחורים כאלה, לגידולם והתפתחותם בזמן, ולדרך בה התפתחות זו משפיעה על התפתחות הגלקסיות בהן הם שוכנים. תחזיותיו השונות נצפו ואושרו באמצעות טלסקופי ענק מתקדמים על הקרקע ובחלל. תהליכים אחרים אותם חקר והסביר ריס הם התנגשויות ומיזוגים של חורים שחורים ותהליכי קריעה והשמדה של כוכבים בודדים עקב כוחות גאות ושפל בסביבתם של חורים שחורים מסיביים.
פרופסור ריס ידוע כבעל יכולת נדירה להסביר נושאים מדעיים סבוכים לקהל הרחב. במשך השנים הוא נשא מאות הרצאות וראיונות ופרסם מספר רב של מאמרים וספרים פופולאריים בנושאים של מדע בן זמנינו. כותרת ספרו האחרון משנת 2022 היא "אם המדע יוכל להציל אותנו" (If Science is to Save Us). בשנים האחרונות הוא משקיע חלק ניכר מזמנו בקידום נושאי קיימות, שימור הסביבה ועתידו של המין האנושי. בין השאר הוא היה אחד ממייסדי המכון הרב-תחומי של אוניברסיטת קיימברידג' לחקר סיכון קיומי ולטיפוח קהילה גלובלית להגנת המין האנושי.
פרס וולף מוענק למרטין ריס על תרומות חלוציות בעיצוב תמונת היקום בת זמנינו. תרומותיו הבולטות נעות מאסטרופיזיקה של אנרגיות גבוהות לרבות מנגנונים להתפרצויות קרני גמא, סילוני רדיו רבי עוצמה ויצירת חורים שחורים בגרעיני גלקסיות, ועד להבנת הפיזיקה של הכוכבים הראשונים, והיווצרות המבנים הגדולים והגלקסיות הראשונות בתום "העידן האפל". הוא היה הראשון שהציע מדידות קיטוב ככלי לחקר מקורן של התנודות בקרינת הרקע הקוסמית (CMB) והיה מיוזמי תחום הקוסמולוגיה של 21 ס"מ.

ג'ורג'יו פריזי

שייכות בעת מתן הפרס:

אוניברסיטת רומא- ספיאנצה, איטלה

נימוק למתן הפרס:

"על תגליותיו פורצות הדרך במערכות לא מסודרות, פיזיקה של חלקיקים ופיזיקה סטטיסטית".

שותפים לפרס:

ללא שותפים

ג'ורג'יו פריזי, פרופסור לפיזיקה תיאורטית באוניברסיטת רומא- ספיאנצה ‘‘La Sapienza’’ , אשר מחקריו מתמקדים בתורת שדות קוונטים, מכניקה סטטיסטית ומערכות מורכבות.

מגיל צעיר, אביו של פריזי עודד אותו לעסוק ולהתפתח בתחום ההנדסה. אך לפריזי אשר מילדות גילה עניין רב ויכולת חזקה במתמטיקה היות שאיפות אחרות. פריזי הוקסם מהתיאורים שקרא בספרי מדע פופולרי ומדע בדיוני ומן ההרפתקנות שבמחקר וראה בפיזיקה את התחום בו ניתן למלא את האתגר האינטלקטואלי שלו ברמה הגבוהה ביותר. את לימודיו בפיזיקה סיים פריזי בשנת 1970 בזמן קצר ביותר שניתן, בהנחייתו של פרופ. ניקולה קביבבו. הישגיו של פריזי משתרעים על תחומים רבים בפיזיקה המודרנית ואף בתחום המודלים הביולוגיים. פריזי הוא מחברם של ספרים ומאמרים רבים ורעיונות שפתחו תחומי מחקר חדשים ואלפי מדענים מדי שנה מסתמכים על מכלול הרעיונות שפריזי הציג במחקריו.

פרס וולף לפיזיקה מוענק לג'ורג'יו פריזי על היותו אחד מהפיזיקאים התיאורטיים היצירתיים והמשפיעים ביותר בעשורים האחרונים. לעבודתו נודעת השפעה רבה על מגוון ענפים של מדעי הפיזיקה, לרבות פיזיקה של חלקיקים, תופעות קריטיות, מערכות לא מסודרות וכן תיאוריית האופטימיזציה ופיזיקה מתמטית. ב-1977, יחד עם אלטרלי, פריזי גילה את משוואת ההתפתחות המאפשרת לחשב במדויק כיצד קוורקים ו-גלואונים מתפלגים בפרוטון ובגרעין (שניהם התגלו בנפרד על-ידי יו ל. דוקשיתצר). עבודתו של פריזי היוותה מרכיב חיוני בניתוח המבנה היסודי של החומר בקנה המידה הקטן ביותר של המרחק שניתן לביצוע באמצעות פיזור עתיר-אנרגיה של חלקיקים אלמנטריים. התוצאות שאליהן הגיע שימשו בהכנת ובניתוח של ניסויים שבוצעו ב-Large-Hardon Collider (LHC), חיפושי חומר אפל ומשמשות כיום בתכנון ניסויים ב-Future Circular Collider.

בשורה נוספת של עבודות ראשוניות שביצע בין 1979 ל-1984, פריזי הציג את הקונספט של "שבירת הסימטריה של ההעתק" (Replica Symmetry Breaking) ויישם אותו למודלים של זכוכית ספין (המודל של שרינגטון-קירקפטריק) שבו לא קיים שום פרמטר סדר פשוט. האינטואיציה המדהימה שלו הובילה את פריזי לגילוי האופי הלא-ארגודי  של שלב הפרוסטרציה  בזכוכית ספין  שבו מתקיימים במקביל הרבה מצבים טהורים שאינם קשורים זה לזה באמצעות סימטריה,  זאת במבנה אולטרה-מטרי  שהנו לא-טריוויאלי במובהק. ההצעה של פריזי לארגון מחדש של החומר גרמה לשינוי דרך החשיבה בפיזיקה סטטיסטית והובילה ליישומים רבים במערכות לא מסודרות אחרות כגון זכוכית מבנית, רשתות עצביות ותיאורית אופטימיזציה קומבינטורית.

העבודה החדשנית ביותר שעשה יחד עם סורלאס (Sourlas) בחקר מעברי פאזה קוונטיים פתחה את האפשרות לזיהוי של מימוש בפועל של סימטריה הקרויה סופר-סימטריה במערכות חומר מעובה.