Duncan Haldane: O teórico que esperou trinta anos para ser acreditado

Publicou trabalhos na década de 1980 que contradiziam a sabedoria convencional da física da matéria condensada tão profundamente que ele teve dificuldade até em conseguir publicá-los. Três décadas depois, após outros cientistas finalmente construírem materiais que exibiam os estranhos estados da matéria que ele apenas tinha modelado no papel, Duncan Haldane recebeu o telefonema de Estocolmo. "O meu trabalho foi uma espécie de adormecido", disse ele mais tarde, com uma subestimação característica. "Não se tornou um grande assunto até que o meu trabalho fosse expandido" por outros.

A ascendência invulgar de um físico

Frederick Duncan Michael Haldane nasceu a 14 de setembro de 1951, em Londres, filho de um médico do exército britânico que conheceu a mãe de Haldane, Ljudmila Renko, uma estudante de medicina eslovena, enquanto estava destacado perto da fronteira entre a Jugoslávia e a Áustria após a Segunda Guerra Mundial — um passado que mais tarde valeu a Haldane a dupla cidadania britânica e eslovena, esta última concedida em 2019. Frequentou a St Paul's School em Londres antes de ingressar no Christ's College, em Cambridge, onde obteve a sua licenciatura e, em 1978, o seu doutoramento, trabalhando sob a orientação de Philip Warren Anderson, um físico que já tinha ganho o seu próprio Prémio Nobel pelo seu trabalho em sistemas desordenados e magnéticos — um mentor apropriado, dado o caminho que a carreira de Haldane acabaria por seguir.

Teorizar sobre matéria que ninguém tinha visto ainda

O início da carreira de Haldane levou-o ao Institut Laue–Langevin em França de 1977 a 1981, depois à Universidade do Sul da Califórnia e, a partir de 1986, à Universidade da Califórnia, em San Diego. Foi durante este período, principalmente na década de 1980, que produziu o trabalho teórico que definiria a sua carreira: aplicar a topologia — um ramo da matemática preocupado com propriedades preservadas sob deformação contínua, sendo o exemplo clássico o facto de uma chávena de café e um donut serem equivalentes porque cada um tem exatamente um buraco — para descrever o comportamento magnético de cadeias unidimensionais de átomos e as fases surpreendentes em que a matéria pode entrar a temperaturas extremamente baixas. O que ficou conhecido como a "conjetura de Haldane" previu uma diferença fundamental de comportamento entre cadeias de átomos com spin quântico inteiro versus meio-inteiro, uma distinção que parecia, na altura, quase demasiado estranha para ser fisicamente real. De acordo com o relato de Princeton sobre o seu ano Nobel, Haldane "lutou para publicar" este trabalho porque ia contra os pressupostos estabelecidos no campo; seriam necessários outros físicos, anos mais tarde, a sintetizar realmente materiais com as propriedades que as suas equações descreviam, para que o significado da ideia se tornasse inegável.

Princeton e o reconhecimento

Haldane juntou-se à Universidade de Princeton em 1990, ocupando eventualmente a Cátedra Eugene Higgins e mais tarde a Cátedra Sherman Fairchild de Física, um cargo que ainda ocupa. A sua investigação alargou-se ao longo das décadas para cobrir líquidos de Luttinger, o efeito Hall quântico fracionário, análise do espectro de emaranhamento, isoladores topológicos e isoladores de Chern, e descrições geométricas de fenómenos de Hall quântico usando o que os especialistas chamam campos de tensor métrico espacial unimodular — território técnico, mas tudo isto estendendo a mesma intuição subjacente de que a forma da matemática subjacente a um sistema físico, não apenas a sua energia, pode determinar fases da matéria completamente novas. Foi eleito membro da Royal Society em 1996 e da American Physical Society uma década antes, juntamente com a American Academy of Arts and Sciences, a American Association for the Advancement of Science e o Institute of Physics da Grã-Bretanha. Recebeu o Prémio Oliver E. Buckley de Matéria Condensada em 1993 e a Medalha Dirac em 2012, e foi eleito para a Academia Nacional de Ciências dos EUA em 2017.

O telefonema do Nobel

Em outubro de 2016, Haldane partilhou o Prémio Nobel da Física com David Thouless da Universidade de Washington e J. Michael Kosterlitz da Universidade Brown "por descobertas teóricas de transições de fase topológicas e fases topológicas da matéria", trabalho que a Real Academia Sueca de Ciências creditou com a abertura de um campo de investigação inteiramente novo que liga a matemática abstrata a materiais reais, um que o comité do prémio notou que poderia eventualmente alimentar novas gerações de componentes eletrónicos e computadores quânticos. Haldane recebeu o tradicional telefonema matinal da Suécia por volta das 4:30 da manhã, hora de Princeton, e, segundo as suas próprias palavras, ficou surpreendido e gratificado — não menos importante porque grande parte do trabalho teórico subjacente tinha sido feito décadas antes, silenciosamente, antes de a física experimental o alcançar, e o próprio campo tinha, segundo a sua descrição, "explodido" desde então, à medida que os cientistas aprendiam a fabricar materiais com as propriedades exóticas que ele apenas tinha conseguido modelar no papel. Vive em Princeton, Nova Jérsia, com a sua esposa, Odile Belmont.

Porque é que Duncan é chamado de génio

O caso a favor do génio aqui é tão claro quanto a física permite: Haldane previu, usando matemática pura, fenómenos físicos que os experimentalistas só conseguiriam observar e confirmar décadas mais tarde, após construírem materiais e técnicas que ainda não existiam quando ele fez o trabalho teórico. Isso aproxima-se da definição clássica da física teórica no seu expoente máximo — descrever a natureza corretamente antes de a natureza se ter mostrado a si própria. A ressalva honesta é que Haldane não trabalhou isoladamente: partilhou o prémio com dois outros físicos cujo trabalho paralelo (transições de Kosterlitz-Thouless) forma um corpo de teoria entrelaçado, e o impacto do campo no mundo real — materiais e dispositivos topológicos práticos — está, segundo o próprio Haldane, ainda em fases relativamente iniciais, mais promessa do que tecnologia entregue. O seu génio, por outras palavras, é melhor descrito como uma modelação matemática invulgarmente clarividente do que como uma invenção imediata que muda o mundo, o tipo de contribuição cujo valor demorou trinta anos a ser totalmente registado pela comunidade científica.

Legado

O quadro topológico de Haldane tornou-se desde então um dos ramos mais ativos da física da matéria condensada, sustentando a investigação em curso sobre materiais que poderiam um dia suportar computadores quânticos mais robustos e eletrónica de menor consumo, precisamente porque os estados protegidos topologicamente resistem ao tipo de pequenas perturbações que perturbam a matéria comum. A sua carreira destaca-se como uma ilustração invulgarmente direta da física teórica validada nos seus próprios termos: uma ideia considerada demasiado estranha para ser publicada facilmente em 1983 foi, em 2016, considerada digna da mais alta honra da ciência.