Universiteit Stellenbosch
Welkom by Universiteit Stellenbosch
Stellenbosse teoretiese fisikus vereer met SAIP Gouemedalje
Outeur: Wiida Fourie-Basson (Faculty of Science)
Gepubliseer: 29/09/2022

​In sy loopbaan as 'n teoretiese fisikus het Prof Hendrik Geyer nooit geaarsel om sy moue op te rol as dit kom by die groot probleme in fisika nie. Sy betrokkenheid strek van die ontwikkeling in die 1990s van 'n wiskundige raamwerk wat fundamenteel geword het vir die bou van kwantummeganiese stelsels vandag, tot die uitbou van fisika as navorsingsveld in Suid-Afrika.  

Die Suid-Afrikaanse Instituut vir Fisika (SAIP) het hom onlangs vereer met die Instituut se De Beers Goue Medalje, die grootste eer wat 'n fisikus in Suid-Afrika vir uitnemendheid te beurt kan val. Tydens 'n spesiale seremonie wat op 13 September 2022 by die Universiteit Stellenbosch Instituut vir Gevorderede Navorsing (STIAS) plaasgevind het, het SAIP se president, Prof Makaiko Chithambo, gesê die toekenning gee erkenning aan Prof Geyer se fundamentele en nuwe bydraes op die gebied van nie-Hermitiese kwantummeganika, sy leierskap in die opbou van teoretiese fisika as navorsingsveld in Suid-Afrika, en sy betekenisvolle bydraes tot die onderrig en opleiding van studente.  

“Die belangrikste is dat ons erkenning wil gee vir sy bekwame leierskap in die vestiging van belangrike strukture soos die SAIP, die Nasionale Instituut vir Teoretiese Fisika (NITheP) en die Stellenbosch Instituut vir Gevorderde Navorsing," het hy bygevoeg.  

Net voordat hy die medalje in persoon ontvang het, het die pryssanger Mandlenkosi Sixolo in ware Afrika-styl ook Prof Geyer geloof vir sy bydrae.  

In sy aanvaardingstoespraak  het Prof Geyer drie lewenslesse wat uit sy eie loopbaan te leer is, uitgelig.  

Eerstens, moet nooit die waarde van toegewyde onderwysers onderskat nie 

Hy het sy vormingsjare by Hoërskool Templeton in Bedford, 'n klein setlaarsdorpie 200km van Gqeberha (toe Port Elizabeth) af, deurgebring. Die eerste skoolhoof in 1865 was eerwaarde Templeton, 'n Skot wat van Lovedale College, 'n voorloper van die teenswoordige Universiteit van Fort Hare, gewerf is. As gevolg van hierdie Skotse nalatenskap het die skool 'n etos van toegewyde onderwysers gehandhaaf wat geweet het hoe om die basiese beginsels te onderrig, onthou hy.  

Hy het later aan die Afrikaanse Hoër Seunskool in Pretoria gematrikuleer waar 'n vak soos  meganika die leerders verder as die standaard fisikakurrikulum uitgedaag het, met die fokus op Newton se bewegingswette. 'n Blywende indruk oor die implikasies van die derde wet het gevolg nadat die onderwyser vrae gevra het soos: “Seuns, kan ek myself aan my eie skoenveters optrek?" wat beantwoord is met 'n nadruklike “Nee!". 

Die blootstelling aan Newton se fisika het sy belangstelling in kernfisika aangewakker. Met 'n beurs van R360 per jaar van die destydse Atoomenergiekorporasie van Suid-Afrika (AEK) het hy fisika aan  die Universiteit Stellenbosch gestudeer. Gedurende vakansiewerk by die AEK, het hy skouers geskuur met senior teoretiese fisici soos Dr Chris Engelbrecht en Dr Fritz Hahne. Hulle het later sy studieleiers, mentors en lewenslange vriende geword.  

Hy sê dat daar destyds 'n nuwe (en suksesvolle) kollektiewe model van kernopwekking van die atoomkern was, gebaseer op vorige fenomenologiese beskrywings, terwyl 'n mikroskopiese element bygevoeg is deur pare nukelone (op sigself fermione) as bosone te hanteer: “Aangesien die fundamentele klasse kwantumdeeltjies, naamlik fermione en bosone baie verskil wat eienskappe aanbetref, het hierdie oënskynlike teenstrydigheid 'n sistematiese benadering vereis wat ook 'n wiskundige raamwerk insluit, wat toelaat dat pare fermione in bosoniese terme beskryf word," verduidelik hy. 

Dit het die fokus van sy doktorale navorsing geword waarvoor hy by die Universiteit Stellenbosch (US) ingeskryf het onder die studieleiding van Prof Chris Engelbrecht (wat toe aan die US verbonde was) en Dr Hahne. Die wiskundige raamwerk wat voortgespruit het uit die sogenaamde boson afbeelding wat in die proefskrif bekendgestel is, het die essensie van die bekendstelling van boson vryheidsgrade suksesvol vasgevang ten einde 'n kwantum sisteem wat uit fermione bestaan, te beskryf. Dit het ook 'n soliede raamwerk verskaf om die fenomenologie van die sogenaamde wisselwerkende boson model te verstaan.  

Na die voltooiing van sy PhD-studies in 1981, het hy 'n nadoktorale genootskap in die kern teorie navorsingsgroep opgeneem by die State University of New York in Stony Brook.   

In die 1980s het die teoretiese fisikagroep van die AEK na die Universiteit Stellenbosch verskuif, as deel van 'n landswye program om die fundamentele wetenskappe by die universiteite te plaas, en die toegepaste wetenskappe by entiteite soos die AEK en die WNNR.  

Sy tweede lewensles: Geleenthede kom selde op 'n goue skinkbord. As iets wat die moeite werd is oor jou pad kom, gryp dit aan en doen wat jy kan met wat jy het

Vir die volgende dekade het die kernfisikanavorsingsgroep met hulle basiese navorsing voortgegaan in 'n huis by Joubertstraat 7 – tans die tuiste van die Africa Open Institute for Music, Research and Innovation at SU – net oorkant die straat van die departement Fisika in die Merensky-gebou.  

“Ons het gedurende daardie tyd in Joubertstraat iets bereik. Benewens die gee van honneursklasse en die studieleiding aan nagraadse studente, het ons niemand gepla nie en niemand het ons gepla nie," onthou hy.  

Prof Geyer het voortgegaan om op kwantumsisteme te werk saam met 'n ander AEK-beurshouer, Prof Frikkie Scholtz, wat in 1983 by die Pelindaba-groep aangesluit het.   

Deur die nie-Hermitiese strukture wat voortspruit uit 'n boson afbeelding te beskou, het hulle besef dat dit dikwels voordeliger is om waarneembares te gebruik wat nie aan die standaard Hermitiese vertrekpunt voldoen nie. 

Prof Scholtz verduidelik: “Ons het besef dat hierdie waarneembares steeds 'n konsekwente kwantummeganiese sisteem verteenwoordig, selfs al voldoen hulle nie aan die standaard Hermitiese matriks nie. Daar het ons het toe die idee gekry om dít as vertrekpunt te gebruik vir die konstruksies van 'n kwantum sisteem." 

Tradisioneel besluit 'n waarnemer watter dinamiese waarneembares in 'n spesifieke kwantummeganiese raamwerk meetbaar is (soos posisie en momentum). Dienooreenkomstig word die Hamiltoniaan (of energie) dan ingevoer, waaruit eienskappe van die stelsel wat in terme van hierdie veranderlikes beskryf word, dan bereken word. Die Stellenbosch-groep het besef dat jy deur by die stelselbeskrywing (of Hamiltoniaan, nou nie-Hermitiese) te begin, jy sistematies die dinamiese waarneembares in 'n konsekwente manier kan identifiseer, en daardeur 'n ten volle selfkonsekwente raamwerk van kwantummeganika kan verskaf, gebaseer op 'n nie-Hermitiese Hamiltoniaan. 

“Mense het nie regtig geweet wat hulle doen wanneer die sogenaamde variasiebeginsel gebruik is om die eienskappe van 'n kwantum sisteem te bereken wanneer hulle gekonfronteer was met 'n nie-Hermitiese Hamiltoniaan nie," verduidelik Prof Geyer. “Ons wou op daardie stadium hoofsaaklik dít korrigeer, maar deur dit te doen, het ons inderwaarheid die volle wiskundige raamwerk ontwikkel vir die hantering van nie-Hermitiese veranderlikes. 

Na drie dekades word die 1992-navorsingsartikel waarin hulle die resultate van hierdie raamwerk gepubliseer het, steeds twee maal per week deur ander navorsers aangehaal, met reeds meer as 700 aanhalings in totaal.   

In die wêreld van akademiese publikasies staan hierdie tipe artikel as 'n “slapende skoonheid" bekend, sê Prof Scholtz. Met ander woorde: byna drie dekades nadat hierdie fundamentele werk gepubliseer is, het dit letterlik “ontwaak" om nuwe toepassing te vind, nou ook op die gebied van ruimte-tyd simmetrie (PT simmetrie). Dit sluit PT simmetriese optiese sensors, lasers, antenna-ontvangers en -senders, en selfs onsigbaarheidsmantels in. 

Volgens Prof Mark Tame, 'n fisikus wat in kwantum-inligtingswetenskap in die US se Departement Fisika spesialiseer, is al hierdie fisika-toepassings gebaseer op die nuwe manier waarop verlies en wins in 'n fisiese stelsel ontwerp kan word om 'n duidelike voordeel bo konvensionele metodes te verkry: “Prof Geyer en sy kollegas se werk op PT simmetrie het gehelp om die wiskundige grondslag vir hierdie toepassings te lê," verduidelik hy.   

Prof Geyer het ook 'n sleutelrol gespeel in die instelling van langlopende programme soos die Chris Engelbrecht Somerskool, wat vir die afgelope 40 jaar fisici van regoor die wêreld met die uit Afrika bymekaar gebring het. 'n Bykomende belangrike inisiatief was die totstandkoming van die Nasionale Instituut vir Teoretiese Fisika (NITheP) in 2008, wat onlangs hernoem is as die  Nasionale Instituut vir Teoretiese en Berekeningswetenskappe (NITheCS).  

Weens sy voortdurende betrokkendheid by STIAS, is Prof Geyer nou ook deel van die reëlingskomitee vir die eerste Nobel in Africa Symposium. 

“Ons gaan 'n reeks Nobel-simposiums oor die volgende sewe jaar aanbied, die eerste en enigste plek buite Swede wat so 'n geleentheid aanbied," voeg hy by. 

Die laaste lewensles is opgedra aan sy vrou Jane, wat hy 50 jaar gelede in die eerstejaarschemieklas by die US ontmoet het. Hy sê dat alles wat hy bereik het te danke is aan haar ondersteuning, aanmoediging en liefde oor al hierdie jare.  

Verskeie van Prof Geyer se voormalige kollegas en studente het hom ook geluk gewens met hierdie prestasie, insluitend Prof Rudolf Erasmus (SAIP-raadslid), Prof Erich Rohwer (US Departement Fisika), Dr Hannes Kriel (voormalige student), Prof Louise Warnich (Dekaan: Fakulteit Natuurwetenskappe), Prof Frikkie Scholtz (kollega en visedekaan: navorsing in die Fakulteit Natuurwetenskappe) en Dr Christine Steenkamp (US Departement Fisika).  

Op die foto bo, van links na regs, Prof Makaiko Chithambo, president van SAIP, Prof Hendrik Geyer, en die pryssanger Mandlenkosi Sixolo. Foto: Wiida Fourie-Basson