En / Ar
پروفسور زاهد حسن
برگزیده جایزه مصطفی 2021

جست‌وجوی زیبایی‌شناسی در حرکت الکترون‌ها

پروفسور محمد زاهد حسن از نمای نزدیک

پروفسور زاهد حسن، فیزیک‌دان دانشگاه پرینستون، با استفاده از تجهیزات سنکروترون آزمایشگاه ملی لارنس برکلی وزارتت انرژی آمریکا، مشغول بررسی یک ماده ترموالکتریکی حاوی بیسموت بود که دریافت شد چیزی دارد در چگونگی رفتار الکترون‌ها درون این ماده دخالت می‌کند. او و گروهش متوجه شدند که بیش از یک دهه پیش نیز طی آزمایش مشابهی همین تداخل غیرعادی را در همین ماده مشاهده کرده بودند.

در نگاه نخست این تداخل را به چشم یک مشکل می‌دیدند. با این حال، پس از انجام آزمایش‌های بیشتر و کسب درک نسبی از بحث‌های نظری مربوط به مشاهدات گروهش، حوالی سال 2007 حسن متوجه شد که این انسداد در واقع یک کشف جدید بود: عایق توپولوژیک. کشف پیشگامانه‌ای که در ادامه جرقه انقلابی را در علم مواد کوانتومی زد که تا به امروز ادامه دارد و سرانجام روزی می‌تواند منجر به ظهور نسل‌های جدیدی از فناوری‌ها و ادوات الکترونیکی شود.

حسن در تلاش برای به دست آوردن بینش نظری مربوط به این اثر سراغ برخی فیزیک‌دانان نظری از جمله یک استاد همکارش در پرینستون، دانکن هالدین، رفت و موضوع را با آنها در میان گذاشت. به گفته حسن «در آن زمان از پیش‌بینی‌های مربوط به این موضوع اطلاعی نداشتم.» در خلال بحث‌های آنها در مورد کارهای نظری معلوم شد قدمت برخی از بحث‌های نظری مربوط به این مساله به چند دهه پیش برمی‌گردد. با این حال، آن کارهای نظری سرنخ چندانی به دست نمی‌دادند که چطور می‌توان این اثر را در موادی پیدا کرد که چنین پدیده‌ای در آنها بروز می‌کند‌. حسن متوجه شد تنها راه مواجهه با این مساله رویکردی است که از ترکیب سه حوزه نظریه کوانتومی، فیزیک ذرات و ریاضیات پیچیده به دست می‌آید.

در سال 2016، هالدین و دو فیزیک‌دان دیگر به خاطر کشف‌های نظری‌شان در زمینه فازهای توپولوژیک ماده جایزه نوبل فیزیک را از آن خود کردند. موقع اعلام رسمی جوایز نوبل آن سال، هالدین گفت که در نخستین مقاله‌اش در مورد چنین موادی خاطرنشان کرده بود که «به احتمال زیاد این ماده چیزی نیست که کسی بتواند آن را بسازد.» به گفته او «کار من مدت‌ها به عنوان یک اسباب‌بازی سرگرم‌کننده به کناری مانده بود – هیچ‌کس به درستی نمی‌دانست با آن چه کند.» در مقاله توضیحی برای معرفی اثر برنده آن سال، کمیته نوبل به آزمایش‌های اولیه حسن و گروهش روی موادی که فاز عایق توپولوژیک از خود نشان می‌دهند، ارجاع داده بود.

***

حسن سال 1971 در داکا پایتخت مراکش متولد شد. به گفته او «در کودکی، کنجکاو، ماجراجو و رویاپرداز بودم و همیشه کاملا متمرکز بودم که به هدفم برسم.» با اینکه به شکل سیری‌ناپذیری مطالعه می‌کرد اما نخستین باری که کنجکاوی‌اش نسبت به علم تحریک شد زمانی بود که با یک قطب‌نما بازی می‌کرد. «حین بازی با قطب‌نما، برایم جالب شد طرز کارش را یاد بگیرم. یک چیز نامرئی سوزن قطب‌نما را در راستای خاصی قرار می‌داد، پای یک نیروی نامرئی در میان بود.» حسن در تلاش برای پی بردن به این راز، قطب‌نما را تکه‌تکه کرد. به نظر می‌رسد قاعده بازی برای او امروز هم همان است. «آنجا یک نیروی نامتغیر اسرارآمیز در کار بود – به نظر می‌رسد امروز نیز همان احساس رازآلودگی و جست‌وجو برای قانون های بنیادی نهفته طبیعت است که مرا به سمت پژوهش سوق می‌دهد.»

وقتی حسن بزرگ‌تر شد به هیچ‌وجه در مورد شور و اشتیاقش نسبت به علم اطمینان نداشت. او به چیزهای کاملا متفاوتی مثل نویسندگی خلاق، سرودن شعر، هنر و معماری علاقه جدی نشان می‌داد و به زیبایی‌شناسی کشش داشت. به گفته او «ظاهرا علاقه‌ام به علوم انتزاعی‌تر مانند ریاضی و فیزیک با گذشت زمان و به تدریج به وجود آمد.» با این حال او باور دارد به واسطه زیبایی ذاتی اثر متقابل میان فیزیک و ریاضی در تبیین طبیعت بود که به سمت این علوم کشیده شد. «در مورد انتخاب میان نویسندگی خلاق و هنر یا علوم پایه خیلی به من سخت گذشت.» او حتا مدتی در مدرسه هنر حاضر شد و برای برخی مجلات هم می‌نوشت.

***

در دوره کالج در دانشگاه تگزاس در آستین، حسن این بخت را پیدا کرد که درس‌های مکانیک کوانتومی را از استیون واینبرگ، فیزیک‌دان نظری برنده جایزه نوبل، یاد بگیرد. در خلال آن کلاس‌ها بود که شیفته ریاضیات زیبای حاکم بر اندازه‌حرکت اسپین‌ها شد. به گفته او «بخش بزرگی از پژوهش‌های امروز او درباره درک چگونگی حرکت الکترون‌ها درون آرایه‌های پیچیده اسپین‌ها در ماده‌های نو با استفاده از تکنیک‌های پراکندگی پرانرژی است.» با این حال علاقه او به فیزیک کوانتومی ماده چگال در دوران تحصیلات تکمیلی‌اش در دانشگاه استنفورد پرورش یافت، دانشگاهی که او در سال 2002 مدرک دکترای حرفه‌ای‌اش را از آنجا گرفت.

با وجود سابقه‌اش در حوزه فیزیک نظری، برای رساله دکترایش سراغ موضوع تجربی چالش‌انگیزی در زمینه ابررسانایی در دمای بالا و طیف‌سنجی مبتنی بر شتب‌دهنده پرانرژی، رفت. هنوز در سال چهارم تحصیلات تکمیلی بود که هدایت یک همکاری بین‌المللی با حضور پژوهشگرانی از چند موسسه پژوهشی و آزمایشگاه برتر را به عهده گرفت. این همکاری تحت هدایت او نشان داد که انجام نوع جدیدی از آزمایش‌های پراکندگی پرانرژی در فیزیک ماده چگال امکان‌پذیر است.

سرانجام در سال 2002 حسن به دانشگاه پرینستون پیوست و از سال 2017 کرسی استادی یوجین هیگینز در این دانشگاه به او سپرده شد. حسن در طول دوران حرفه‌ای‌اش در موسسه‌ها پژوهشی و آزمایشگاه‌ها برتر فراوانی کار کرده است. «فکر می‌کنم برای آنکه بتوانی با این همه موسسه‌ برتر همکاری کنید، از آنها استفاده کنید و آنها را بگردانید، ترکیبی از سه ویژگی لازم است: اولین چیز پیشنهاد یک ایده جدید عالی برای پروژه‌هایی است که توجه دیگران را به سرعت جلب می‌کند؛ دوم، حسن خلق حرفه‌ای و شفافیت در انتظارات از سوی هر دو طرف؛ و سوم، بهره‌وری علمی سطح بالا. این عوامل در کنار هم با عث تداوم همکاری‌ها و خلق فرصت‌های نو در حیط‌های کاری نو می‌شود."

***

حسن خودش را فردی کنجکاو و ماجراجو می‌داند که در عین حال متفکر و ژرف‌اندیش است که همواره در جست‌وجوی معانی عمیق‌تر و متعالی‌تر است. «کدام قانون‌های کوانتومی طبیعت بر خواص فیزیکی مواد پیچیده حاکم‌اند؟ این حس گشودن یک راز، اینکه می‌توان جهان محسوس را با نیروهای نامرئی و قانون‌های انتزاعی تبیین کرد الهم‌بخش من برای پی‌گرفتن فیزیک بوده است.» با این حال وقتی غرق در اندیشه‌های فیزیکی نیست، کنجکاوی‌اش را به سمت موضوعات دیگری مانند تاریخ ایده‌ها و تمدن‌ها، از جمله ادیان و فرهنگ‌های ابراهیمی و اثرشان بر تاریخ جهان سوق می‌دهد. علاوه بر گشت‌وگذارهای هنری و معماری به موسیقی نیر علاقمند است، به‌ویژه موسیقی ژانر صوفی.

حسن می‌گوید پدر و مادرش در شکل‌گیری شخصیت کنونی‌اش نقش محوری داشتند. روزی را به یاد دارد که وقتی 5 یا 6 ساله بود، پدرش یک تکه سنگواره مرجان را به خانه آورد. «مسحور این واقعیت شده بودم که چنین موجودات زیبایی (صخره‌های مرجانی) در اعماق زیر اقیانوس رشد می‌کنند، جایی که من هرگز ندیده بودم.» سعی کرد از طریق کتاب چیزهای بیشتری درباره مرجان‌ها و و دیگر موجودات اعماق دریا یاد بگیرد، اما به شدت مشتاق بود خود اقیانوس را ببیند. تصور وجود مرجان‌ها زیر اقیانوس‌ها یک حس رازآلودگی و کشش زیباشناسانه در او شکل داد که در ادامه به شوقی برای ماجراجویی تبدیل شد.

سال بعد، پدرش او را برای تعطیلات خانوادگی به کاکس بازار برد، شهری ساحلی در خلیج بنگال حدود 320 کیلومتری جنوب داکا. تجربه بی‌نظیری بود – ساحل کاکس بازار یکی از طولانی‌ترین و زیباترین ساحل‌ها در جهان است، اما حسن آنطور که باید خوشحال نبود! «دلم می‌خواست اقیانوس بزرگ‌تر و قدرتمندتری را ببینم. پدرم من و مادرم را 160 کیلومتر دیگر در امتداد ساحل برد و آنجا یک قایق تندروی پرقدرت اجاره کرد.»

آنها مسیر اقیانوس هند را در پیش گرفتند. «هنوز می‌توانم موج‌هایی که در امتداد مسیرمان به سوی جنوب از میان‌شان رد می‌شدیم را به وضوح به یاد بیاورم.» البته آنها به اقیانوس هند نرسیدند، اما حسن می‌گوید «این تجربه حس ماجراجویی را در من زنده کرد و ارزش طرح پرسش‌های بزرگ را نشانم داد، اینکه آیا اقیانوس بزرگ‌تری وجود دارد؟ فراسوی اقیانوس چیست؟»

«آن تجرجه شاید بتهرین خاطره‌ من از پدر و مادرم باشد. تجربه‌ای که نشان می‌دهد چطور پدرم به القاء حس ماجراجویی در من کمک کرد و اجازه داد آن را دنبال کنم و بپرورانم. این‌طور بود که یاد گرفتم در پی پرسش‌های بزرگ بازشم و برای یافتن پاسخ‌شان راهی ماجراجویی‌های واقعی شوم.» او اکنون خودش پدر است و می‌گوید از بچه‌هایش در هر راهی که بعدا انتخاب کنند حمایت می‌کند، اما «گمان کنم قطعا برای تولد‌شان یک قطب‌نمای مرغوب به آنه هدیه خواهم داد.»

 

اطلاعات بیشتر

 

جدیدترین اخبار
از رویداد های جایزه مصطفی(ص) مطلع شوید!
ستاد ارتباطات و اطلاع رسانی جایزه مصطفی(ص)، جهت انتشار اخبار جایزه، ماهانه خبرنامه ای را منتشر می کند. بخش های مختلف دبیرخانه شامل ارتباطات و اطلاع رسانی، امور بین الملل، برنامه ریزی و مستندسازی، تشریفات و مراسم، صندوق و وقف می باشد.
ایمیل خود را وارد نمایید