Штурм абсолютного нуля - Бурмин Генрих Самойлович - Страница 21

Непрерывная циркуляция гелия 3 осуществляется системой насосов и теплообменников. При этом в камере растворения можно неограниченно долго поддерживать температуру 10–20 милликельвинов.

Другими способами можно достигнуть и еще более низких температур — в миллиардные доли кельвина.

Современная теория сверхпроводимости позволяет объяснить ряд явлений, долгое время считавшихся загадочными.

Стало ясным, например, почему различные аллотропические модификации одного и того же металла, отличающиеся друг от друга различной структурой кристаллической решетки, имеют разные критические температуры перехода в сверхпроводящее состояние.

Кристаллическая решетка, как читатель уже знает, играет важную роль в процессе сверхпроводимости.

Для того чтобы понять суть другого удивительного явления — квантования магнитного потока в сверхпроводящем контуре, — уместно привести следующую аналогию.

В 1911 году Резерфорд предложил планетарную модель атома, согласно которой в центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого движутся электроны, подобно планетам вокруг Солнца. Движущиеся с центростремительным ускорением электроны должны непрерывно излучать электромагнитную энергию. В соответствии с законами классической физики они должны были потерять всю свою энергию и упасть на ядро. Между тем давно известно, что атом представляет собой устойчивую систему частиц.

Разрешить это противоречие удалось в 1913 году датскому физику Нильсу Бору, заложившему основы современной квантовой теории атома.

Согласно постулатам Бора, энергия электрона в атоме и ряд других величин не могут изменяться непрерывно. Допустимы только определенные значения физических величин, а следовательно, только определенные орбиты. Двигаясь вокруг ядра по своим «разрешенным» орбитам, электроны не излучают электромагнитные волны.

Представьте себе сверхпроводящее кольцо, по которому течет ток. Электроны в сверхпроводящем кольце как бы движутся по гигантским боровским орбитам. Поэтому к их движению применимы правила квантования Бора.

Сверхпроводящий ток создает вне сверхпроводника магнитное поле, а следовательно, и магнитный поток (вспомните, так называют произведение индукции магнитного поля на величину площади, охватываемой контуром). Оказывается, что эта величина может принимать только дискретный (прерывистый) ряд значений. Иными словами, магнитный поток квантуется.

Если при изучении свойств атома мы сталкиваемся с квантованием в микромире, которое мы не в состоянии непосредственно наблюдать, то сверхпроводимость дает нам пример квантования макроскопической величины — потока магнитного поля.

Здесь мы наблюдаем квантовый эффект, гигантский по своим масштабам.

Теоретически и экспериментально установлено, что величина минимальной порции — кванта магнитного потока — составляет две десятимиллионные доли гаусса[6] на квадратный сантиметр.

Эффект квантования магнитного потока послужил прекрасной основой для создания приборов, измеряющих электрические и магнитные величины с немыслимой ранее точностью.

Может ли современная теория сверхпроводимости дать исчерпывающее объяснение всех явлений, происходящих в этом удивительном мире?

Исследователи пока не могут теоретически рассчитать критическую температуру конкретных металлов и с полной достоверностью ответить на вопрос, способен ли тот или иной металл стать сверхпроводником. Осталось немало и других нерешенных проблем.

Напомним читателю, что явление сверхпроводимости впервые наблюдалось в 1911 году. Но только в 1957 году, спустя почти полвека, наука смогла дать ответ на вопрос, что такое сверхпроводимость.

В науке случается так, что теория отстает от экспериментальных исследований. Но другой пример такого большого отставания привести трудно. Это свидетельствует о сложности и необычности проблемы сверхпроводимости.

Наука не существует изолированно от материальной жизни общества. Наиболее интенсивно проводятся научные исследования, которые обещают практический выход.

Начало второй половины XX века ознаменовалось рядом открытий в области сверхпроводимости, завершившихся разработкой теории сверхпроводимости.

В 1957 году была опубликована работа молодого советского физика Алексея Алексеевича Абрикосова, в которой впервые изложена теория сверхпроводимости сплавов.

8. Вихри в сверхпроводнике. Металлы и сплавы. Медь становится изолятором. Нужно ли «дразнить» сверхпроводник. Как ученые закрыли энергетическую щель.

Студент третьего курса физического факультета Московского государственного университета Алексей Абрикосов был самым молодым на курсе и, пожалуй, одним из самых молодых на всем факультете. Досрочно освоив школьную программу, он уже в 15 лет поступил в высшее учебное заведение.

Каждый серьезный студент, подходя к экватору пребывания в учебном заведении, начинает задумываться о своей будущей деятельности, стремиться своевременно выбрать себе научного наставника. Так было с Абрикосовым.

Среди студентов шло много разговоров о профессоре Ландау. Было известно, что он нещадно «режет» на экзаменах. Рассказывали, что в бытность в Харькове он вывесил на двери своего служебного кабинета табличку с надписью: «Осторожно, кусается!» Нетерпимый к лодырям и студентам, скользившим по поверхности знаний, он сердечно и доброжелательно относился к людям, искренне стремившимся познать науку.

В то время Ландау не преподавал на физическом факультете. Однако говорили, что он не делает различий между «своими» и «чужими» студентами. Он был готов дать путевку в науку любому — были бы способности и призвание.

Как?то не верилось, что рядовой студент мог бы запросто встретиться со всемирно известным ученым, до предела загруженным научной и преподавательской деятельностью.

Все же однажды, собравшись с духом, Алексей Абрикосов набрал номер домашнего телефона Ландау.

Терпеливо выслушав студента, профессор сказал:

— Приходите ко мне домой завтра в девять часов утра.

Так в один из осенних дней 1945 года Алексей Абрикосов очутился в квартире Ландау.

Продиктовав интеграл, профессор предложил студенту решить задачу. Затем он удалился.

Вернувшись через некоторое время, Ландау быстро просмотрел исписанный студентом лист бумаги и, по всей видимости, остался доволен. Он предложил Абрикосову сдать теоретический минимум.

— Но я хочу стать физиком — экспериментато- ром, — возразил студент.

— Ну и что же. Теория во всяком случае вам не помешает.

Абрикосов попал в школу Ландау.

Такое название вы не встретите ни в одном официальном справочнике. Между тем школа Ландау воспитала немало талантливых физиков — теоретиков. Многие из них стали докторами наук. В их числе академики и члены — корреспонденты Академии наук СССР и республиканских академий. Лучшие представители школы Ландау являются создателями собственных научных школ. Можно сказать, что и по сей день школа Ландау играет выдающуюся роль в развитии советской и мировой теоретической физики.

Ландау готовил теоретиков еще со студенческой скамьи.

«Теоретическая физика начинается с математики», — говорил Ландау. Поэтому каждый пришедший к нему студент подвергался небольшому испытанию по математике. Студент, показавший, что он разбирается в этом предмете, приступал к изучению теоретической физики по составленной Ландау специальной программе, получившей название «теоретический минимум».

Эта программа состоит из семи разделов по теоретической физике и двух вспомогательных — по математике.

После изучения каждого раздела студент сдавал экзамен. Экзамены принимал чаще всего сам Ландау. Когда число экзаменующихся заметно увеличилось, ему стали помогать ученики.