FIZIKAI NOBEL-DÍJ 2003-ban
Zsigó Zsolt
2003/10/07 20:45
1303 megtekintés
A cikk már legalább egy éve nem frissült, az akkor még aktuális információk lehet, hogy mára elavultak.
A fizikai Nobel-díjat a Svéd Tudományos Akadémia öt személyből álló bizottsága ítéli oda. A tízmillió svéd koronával (mintegy 280 millió forint) járó díjat ezúttal három tudós kapta a kvantumfizika terén kifejtett munkásságáért. A Nobel-bizottság nem első alkalommal ítélt oda a szupravezetés területén végzett kutatásért díjat.

Az idei Nobel-díjasok nevét 2003. október 7-én 11.45 perckor (svéd idő szerint) jelentették be. A szupravezetők területén kifejtett munkásságért legutóbb 1957-ben Bardeen, Cooper és Schrieffer nyerte el a magas elismerést. Ők a a szupravezetők minden alapvető tulajdonságára választ adó BCS-elmélet (nevük kezdőbetüit tartalmazza az elnevezés) megalkotásáért kapták a díjat.

A 2003-as év fizikai Nobel-díját Alekszej A. Abrikosov (Oroszország, illetve USA), Vitalij L. Ginzburg (Oroszország) és Anthony J. Leggett (Egyesült Királyság, illetve USA) fizikusoknak ítélték oda, a szupravezetés és a szuperfolyékonyság elméleti alapjainak kidolgozásáért.

Alekszej A. Abrikosov

  • 1928-ban született (75 éves) Moszkvában, a volt Szovjetunióban
  • orosz-amerikai állampolgár
  • 1951-ben Moszkvában doktori fokozatot kapott
  • Jelenleg az Argonne National Laboratory munkatársa (Argonne, Illinois, USA)

Vitalij L. Ginzburg

  • szovjet fizikus és asztrofizikus, kutatásai kiterjedtek a szupravezetésre, a rádióhullámok terjedésének elméletére, a rádiócsillagászatra és a kozmikus sugárzás eredetére.
  • 1916-ban született (87 éves) Moszkvában
  • orosz állampolgár
  • 1938-ban végzett a Moszkvai Egyetemen
  • 1940-ben kinevezték a Szovjetunió Tudományos Akadémiájához tartozó Lebegyev Fizikai Intézetbe
  • 1945- 1968 között a a Gorkiji Egyetemen tanított
  • 1968-tól a Moszkvai Műszaki-Fizikai Intézetben tanított, valamint kutatással foglakozott
  • 1953-ban kapta meg a Szovjetunió Állami Díját - 1966-ban Lenin-díjat kapott
  • doktori fokozatot Moszkvában szerzett
  • a Lebegyev Fizikai Intézet (Moszkva) elméleti fizikai kutatócsoportjának vezetőjeként dolgozott.

Anthony J. Leggett

  • 1938-ban született (65 éves) Londonban
  • brit-amerikai állampolgár
  • 1964-ben Oxfordban szerzett fizikából doktori fokozatot
  • 1983 óta az Illinois egyetem professzora
  • jelenleg is az University of Illinois (Urbana-Champaign, USA) professzora

Mi a szupravezetés?

Szupravezetés alatt a rendkívül alacsony hőmérsékletre lehűtött anyagok különleges viselkedését értjük. Egyes anyagokban ilyenkor az ellenállás pontosan nulla. Ez azt jelenti, hogy az ilyen anyagokban folyó áramból nem keletkezik Joule-féle hő, azaz az áramnak nincs semmilyen vesztesége. Egy ilyen anyagból készült gyűrűben ha áramot keltünk, az idők végezetéig kering benne az áram. A kutatók nagy várakozással tekintettek ezekre a különleges anyagokra: arra gondoltak, hogy olyan távvezetékeket lehet majd építeni, amelyek veszteség nélkül szállítják az elektromos energiát.

Hamarosan kiderült azonban, hogy a szupravezető állapot nem túlságosan erős mágneses térrel könnyen megszüntethető. Ez viszont azt jelenti, hogy a szupravezetőben nem folyhat erős áram, hiszen az áram is létrehoz maga körül mágneses teret, ami viszont megszünteti a szupravezető-állapotot.

A kérdésekre az 1930-as években Meissner és Ochsenfeld német fizikusok válaszoltak, amikor bebizonyították, hogy a szupravezetők belsejébe a mágneses tér nem tud behatolni.

Az 1950-es évek közepén a fizikusok már sejtették, hogy a szupravezetés és a fémek kristályrácsa között szoros kapcsolat lehet. Ekkor kísérletekkel igazolták, hogy a szupravezetéshez szükséges kritikus alacsony hőmérséklet függ a kristályrácsban lévő atomok tömegétől, azaz ugyanazon elem izotópjainak más és más a kritikus hőmérséklete.

1957-ben létrejött a Bardeen, Cooper és Schrieffer (BCS) elmélet, amely a szupravezetők minden alapvető tulajdonságára választ adott. Megállapították, hogy a szupravezető fémek belsejében az elektronok párokba kapcsolódnak (Cooper-pár), s ezek a párok azután már akadály (ütközések) nélkül tudnak a kristályrács belsejében mozogni. Szupravezető állapotban a fémekben lévő elektron-anyag "szuperfolyékony" - azaz súrlódás nélkül tud elmozdulni. Más ilyen folyadékot is találtak. Bár az elmélet nagyot lépett előre, de a szupravezető távvezetékek építéséhez még mindig nem volt elegendő ismeretanyag.

Az animáció forrása: http://superconductors.org/oxtheory.htm

A következő időszakban a kutatókat fokozatosan kezdte foglalkoztatni az a probléma, hogy hogyan fordulhat elő, hogy az ötvözetek és a szennyezett fémek szupravezető viselkedése eltér a szokásostól, ugyanakkor érdekessé vált, hogy egyes esetekben előfordul, hogy a mágneses tér nem szorul ki teljesen az anyagból.

A most Nobel-díjjal jutalmazott két orosz kutató, Ginzburg és Abrikoszov megfigyelte, hogy az általuk vizsgált szennyezett fémeknél illetve ötvözeteknél a szupravezető alakjától függően normális és szupravezető tulajdonságot mutató rétegek alakulnak ki. A mágneses tér a nem-szupravezető térrészekbe be tud hatolni, s így mágneses "fonalak" alakulhatnak ki, amelyek rácsot képesek alkotni (Abrikoszov-rács). A két tudós kutatásai hozzájárultak annak megállapításához, hogy a mágneses tér "nem feltétlenül akadálya" a szupravezetésnek.

A szupravezetők ipari elterjedése még mindig nem valósult meg széleskörűen, hiszen a szupravezetés csak rendkívül alacsony hőmérsékleten valósítható meg.

1986-ban, a szupravezetés felfedezésének 75. évfordulóján, Bednorz és Müller svájci kutatók bejelentették, hogy egy sok atomból összetett molekulájú anyagon már 30-35 K (kelvin) környékén tapasztaltak szupravezetést. A bejelentést követően egyre többen ez irányban gyorsították meg kutatásaikat és egyre magasabb hőmérsékleten tapasztalták ezt a különleges állapotot. A jelenlegi kutatások szerint 130-140 K-en is tapasztaltak szupravezetést. Ezeket az anyagokat "magas hőmérsékletű szupravezetőknek" hívják, bár a hétköznapi életben 140 K (= - 133 oC) még bizony nagyon alacsony hőmérséklet.

Mire használják a szupravezetőket ?

Annak ellenére, hogy a szupravezetők még mindig nem terjedtek el olyan célokra, ahogyan azt eredetileg gondolták (veszteségmentes távvezetékek), napjainkban egyre több és szélesebb felhasználást nyernek:

  • Elektromos energia tárolható: ha egy szupravezető tekercsbe áramot vezetünk, s utána a tekercs két végét megfelelően alacsony hőmérsékleten összekötjük, rövidre zárjuk, akkor az áram mindaddig kering a tekercsben, amíg a hőmérséklet elegendően alacsony, nagy intenzitású mágneses teret tarthatunk fent.
  • Kihasználják, hogy a mágneses tér nem hatol be egészen a szupravezetőbe - Japánban ezen elvre épül a szupravezető vasút.
  • A mag-mágneses rezonancia tomográfban, a szükséges nagy mágneses mezők előállítására

Kapcsolódó oldalak

Scientix A természettudományos oktatás közössége
All you need is code Minden a kódolás tanulásáról
A National Geographic A National Geographic honlapja.
Interpress Magazin Az IPM honlapja archívummal
Világtudomány.hu A magyar és nemzetközi tudományos élet hírei
Űr világ Asztronautikai hírportál

Csoportot ajánlunk