Το Νόμπελ Φυσικής 2003 πηγαίνει για τις θεωρητικές μελέτες στην υπεραγωγιμότητα και τα υπερρευστά

Από το δίκτυο, 7 Οκτωβρίου 2003

Τρία άτομα θα μοιραστούν το βραβείο Νόμπελ του 2003 για τη φυσική για τις πρωτοποριακές συμβολές τους στη θεωρία των υπεραγωγών τύπου ΙΙ και της υπερρευστότητας στο Ήλιο-3. Είναι οι Ρώσοι Alexei Abrikosov (75 ετών) και Vitaly Ginzburg (87 ετών), και ο γεννημένος στη Βρετανία Anthony Leggett (65 ετών).

Η υπεραγωγιμότητα επιτρέπει σε ορισμένα υλικά, στις πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, να άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα χωρίς ηλεκτρική αντίσταση. Από την άλλη, τα υπερρευστά λειτουργούν επίσης στις πολύ χαμηλές θερμοκρασίες - ακριβώς λίγο πιο πάνω από το απόλυτο μηδέν - και δεν παρουσιάζουν κανένα ιξώδες. Αν περιστραφούν γυρίζουν χωρίς να σταματήσουν.

Το βραβείο αξίας 10 εκατομμύρια σουηδικές κορώνες, θα μοιραστεί εξίσου στους τρεις επιστήμονες.

Υψηλή απόδοση

Τα υπεραγωγικά υλικά κατασκευάζονται από μέταλλα, ειδικά κράματα και κεραμικές ενώσεις.

Η έλλειψη ηλεκτρικής αντίστασης τα έχει οδηγήσει σε συσκευές που χρησιμοποιούν ηλεκτρομαγνήτες, οι οποίοι παράγουν μεγάλα μαγνητικά πεδία χωρίς καμιά σημαντική απώλεια ενέργειας.

Τέτοιοι μαγνήτες βρίσκονται στους σαρωτές, που εκμεταλλεύονται το φαινόμενο του Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (MRI), ώστε να εξετάζουν τους ιστούς του σώματος καθώς και στους επιταχυντές σωματιδίων για να μελετήσουν οι επιστήμονες τις ιδιότητες της ύλης.

Το πεδίο αυτό, των υπεραγωγών, υπόσχεται σημαντικές βελτιώσεις στους υπερυπολογιστές και στην αποτελεσματική παραγωγή, την αποθήκευση και την μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας.

Οι υπεραγωγοί του τύπου Ι και ΙΙ  αποκρίνονται στα μαγνητικά πεδία με διαφορετικούς τρόπους. Τα υλικά του τύπου Ι απωθούν εντελώς τα μαγνητικά πεδία, ενώ η υπεραγωγιμότητα και ο μαγνητισμός μπορούν να συνυπάρχουν στα υλικά του τύπου ΙΙ, κάτι που σημαίνει ότι αυτά μπορούν να παραμείνουν υπεραγωγικά σε υψηλά μαγνητικά πεδία. Αυτό είναι φυσικά ένα πολύ καλό πλεονέκτημα επειδή πολλές εφαρμογές της υπεραγωγιμότητας περιλαμβάνουν την παραγωγή μαγνητικών πεδίων - για παράδειγμα στους μαγνητικούς σαρωτές MRI και στους επιταχυντές.

Η θεωρία των υπεραγωγών του τύπου-Ι αναπτύχθηκε από τους Bardeen, Cooper και Schrieffer (Θεωρία BCS από τα αρχικά τους) στη δεκαετία του '50 και η συμβολή τους αναγνωρίστηκε με την απονομή του βραβείου Νόμπελ Φυσικής το 1972. Στη δεκαετία του '50 ο Ginzburg ανέπτυξε μια θεωρία για τους υπεραγωγούς του τύπου-Ι, που επεκτάθηκε αργότερα από τον βραβευμένο εφέτος Abrikosov για να εξηγήσει τη συμπεριφορά των υλικών του τύπου-ΙΙ.

Οι Alexei Abrikosov και Vitaly Ginzburg τιμήθηκαν για την εργασία τους πάνω στην ανάπτυξη της θεωρίας για τους υπεραγωγούς του τύπου ΙΙ. Αυτοί λειτουργούν σε υψηλότερες, και επομένως πρακτικότερος, θερμοκρασίες.

Ατομική εξήγηση

Οι ιδιότητες των υπερρευστών είναι τόσο ασυνήθιστες όσο και των υπεραγωγών.

Όταν το αέριο ήλιο ψύχεται κοντά στο απόλυτο μηδέν (-273 C), αυτό θα ρέει χωρίς καμιά τριβή ή ιξώδες.

Μπορεί να ρέει ανηφορικά μη λογαριάζοντας τη βαρύτητα και, εάν τοποθετηθεί σε ένα δοχείο, θα ανέβει στα πλευρικά τοιχώματα του δοχείου και θα διαφύγει.

Τα υπερρευστά χρησιμοποιούνται για να μελετηθούν οι βασικές αρχές της ύλης.

Η υπερρευστότητα στο ήλιο-4 ανακαλύφθηκε στη δεκαετία του '30. Εντούτοις, όλοι έμειναν έκπληκτοι όταν παρατηρήθηκε η υπερρευστότητα και σε πειράματα στο ήλιο-3, στις αρχές της δεκαετίας του '70 - ένα αποτέλεσμα για το οποίο κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ το 1996 οι David Lee, Douglas Osheroff και Robert Richardson.

Αργότερα ο Βρετανός Leggett παρείχε μια εξήγηση δείχνοντας ότι τα άτομα του ηλίου-3 σχηματίζουν ζεύγη με τον ίδιο τρόπο που τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν ζεύγη Cooper στη θεωρία της υπεραγωγιμότητας BCS.

Βάσει των συμπερασμάτων του, πολύ πρόσφατες μελέτες έχουν εξετάσει πώς αυτή η διάταξη των ατόμων περνά στο χάος, το οποίο θα μπορούσε να δώσει μια καλύτερη άποψη για τη διαταραχή, ένα από τα πιο κοινά και σύνθετα προβλήματα στη φύση.

Οι αστρονόμοι, παραδείγματος χάριν, έχουν επίσης ενδιαφερθεί για τα υπερρευστά επειδή οι ιδιότητες τους μπορούν να βοηθήσουν ώστε να εξηγηθεί η συμπεριφορά των άστρων νετρονίων, τα εξαιρετικά συμπαγή αστρικά σώματα, που είναι ό,τι απομένει όταν εκρήγνυνται τα τεράστια αστέρια.

Ο Gunnar Oequist, Γενικός Γραμματέας της βασιλικής Σουηδικής Ακαδημίας των Επιστημών, τόνισε ότι είναι μεγάλη σύμπτωση ότι τα βραβεία φυσικής και ιατρικής άγγιξαν παρόμοιες περιοχές.

"Βεβαίως η απεικόνιση με τη βοήθεια του MRI είναι μια σημαντική εφαρμογή της υπεραγωγιμότητας και σκέφτομαι ότι είναι μια ενδιαφέρουσα σύμπτωση ότι το ιατρικό βραβείο νόμπελ συμβαδίζει με μια εφαρμογή ενώ το βραβείο για τη φυσική συμβαδίζει με τις ανακαλύψεις που γίνονται για την δυνατότητα να αναπτυχθεί αυτή η εφαρμογής," είπε ο Gunnar Oequist.

Ο Leggett τώρα βρίσκεται και εργάζεται στην Αμερική ενώ γεννήθηκε και εκπαιδεύτηκε στη Βρετανία. Είναι καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Ιλλινόις, Ούρμπανα.

Ο Abrikosov εργάζεται στο Εθνικό Εργαστήριο στην πόλη Argonne του Ιλλινόις.

Ενώ ο Ginzburg ήταν ο πρώην επικεφαλής της θεωρητικής ομάδας στο Φυσικό Ινστιτούτο  Lebedev στη Μόσχα.