7 октября 2003 года Королевская академия наук Швеции присудила Нобелевскую премию по физике за основополагающий вклад в теорию сверхпроводников и сверхтекучих жидкостей.
Лауреатами стали трое ученых:
Профессор Алексей Абрикосов (родился в 1928 году), ранее работал в Институте Физических Проблем в Москве, сейчас - в Аргонской национальной лаборатории (штат Иллинойс, США). Гражданин РФ и США.
Профессор, доктор физико-математических наук, академик Виталий Гинзбург (родился в 1916 году), работал в МГУ и Физическом институте академии наук им. П.Н. Лебедева (Москва). Гражданин РФ.
Профессор Энтони Дж. Леггетт (родился в 1938 году), работал в Оксфордском и Суссексом университетах (Великобритания), сейчас работает в Иллинойском университете (штат Иллинойс, США). Гражданин Великобритании и США.
Эта российско-британо-американская тройка поровну поделит между собой 10 миллионов шведских крон (более 1 миллиона 300 тысяч долларов США).
Абрикосов, Гинзбург и Леггетт объяснили два явления из области квантовой физики - сверхпроводимость и сверхтекучесть.
Что такое сверхпроводимость? Этот феномен открыл датский физик Камерлинг-Оннесом в 1911 году, за что в 1913-м получил Нобелевскую премию. Датчанин обнаружил: если охладить металл до очень низкой температуры (всего лишь несколько градусов выше так называемого абсолютного нуля, то есть -273° по Цельсию), он проводит электрический ток без сопротивления.
Практическое применение явлению придумали сразу. Доставка в наши дома электричества всегда происходит с потерями, так как провода всегда немного нагреваются из-за сопротивления. В сверхпроводящих электросетях энергия не расходовалась бы на бесполезный нагрев. Экономия в масштабах человечества была бы огромна, если удалось создать материал, существующий в сверхпроводящем состоянии при комнатной температуре. Пока рекордсменом является сложный окисел ртути, таллия, кальция, бария и меди, в котором электрическое сопротивление исчезает при -99° по Цельсию.
Пока ученые пытаются изобрести материал для ЛЭП XXI века, сверхпроводники стали применяться в физических приборах и аппаратах медицинской диагностики, в том числе установках для магнитно-резонансной томографии.
Еще одна удивительная особенность сверхпроводников - они "вытесняют" электромагнитное поле, которое не проникает в сверхпроводящее вещество. Используя это свойство, изготавливают сверхпроводящие подвесы, подшипники и т.д. - в них сверхпроводник парит над магнитом. В таком подвесе трение отсутствует. Один из самых известных, но пока не реализованных проектов - железнодорожный состав, в вагоны которого вмонтированы магниты, благодаря чему он движется над сверхпроводящим полотном без трения. Такие поезда могли бы двигаться над рельсами со скоростями самолетов.
Однако в дальнейших опытах выяснилось, что сверхпроводники делятся на два рода. Первые не пропускают внутрь себя магнитное поле и переходят в обычное состояние скачком, если величина внешнего поля превышает некое критическое значение (обычно довольно маленькое). Вторые вытесняют магнитное поле частично, но зато переходят в обычное состояние только при очень сильных полях, а значит гораздо более применимы в технике.
Сверхпроводимость 1 рода объяснили американские физики Бардин, Купер и Шриффер (Нобелевская премия 1972 года). Сверхпроводимость 2 рода была объяснена еще в 50-е годы советским ученым Алексеем Абрикосовым, развившим теорию наших физиков Виталия Гинзбурга и Льва Ландау.
Еще одна разгаданная тайна - сверхтекучие жидкости. В 1938 году советский физик-экспериментатор Петр Капица обнаружил, что жидкий гелий при температуре ниже 2,17 Кельвина (-235° по Цельсию) способен течь без трения. Практически это означает, что гелий может просочиться в самую малую щель и растечься чрезвычайно тонким слоем. За свое открытие Капица получил Нобелевскую премию в 1978 году, хотя Льву Ландау за теоретическое объяснение сверхтекучести нобелевку дали гораздо раньше - в 1962-м. Однако в теории сверхтекучих жидкостей оставались неясные моменты. В 1970-х был получен сверхтекучий гелий-3, не подчинявшийся теории Ландау - он был не только сверхтекуч, но и обладал магнитными свойствами и анизотропностью, то есть его теплопроводность, прозрачность и некоторые другие параметры были разными в разных направлениях. Поведение гелия-3 объяснил Энтони Леггетт, причем его теория нашла применение не только в квантовой физике, но в космологии и физике элементарных частиц.
По формулировке Нобелевского комитета, премия Абрикосову, Гинзбургу и Леггетту вручена за основополагающий вклад в исследования явлений, возникающих при низких температурах. Вряд ли случаен и другой факт. Основываясь именно на теоретических разработках нынешних нобелевских лауреатов по физике, Пол Лотербур и Питер Мэнсфилд изобрели магнитно-резонансную томографию (более безопасную и точную, чем рентген, методику диагностики заболеваний), за которую они получили премию по медицине и физиологии днем раньше - 6 октября.
Николай Дзись-Войнаровский