A csoport megalapítója az a John Bardeen volt, akit csodagyereknek tartottak, hiszen már 15 évesen leérettségizett, és utána a Princeton's Institute for Advanced Studies egyik legfiatalabb hallgatója lett. Itt, majd később a Harvardon, a fémek elektronjainak viselkedésével foglalkozott, és tanulmányozta a szupravezetéssel kapcsolatos szakirodalmat is. A második világháború után a Bell Laboratóriumokban Walter Bratainnel és William Shockleyvel együtt kifejlesztették a tranzisztort, amiért 1956-ban megosztott Nobel-díjat kaptak.
A Négyzetgyökös képlet adta az első lökést
Maxwell és Bernard Serin kutatócsoportjai egy időben vizsgálták a higany izotópjait, és egy fontos összefüggést találtak: az a hőmérséklet, amelyen egy fém szupravezetővé válik, fordított arányban áll a fém molekulasúlyának négyzetgyökével.
Bardeent Serin tájékoztatta erről az eredményről, aki elhatározta, hogy létrehoz egy csoportot a szupravezetés vizsgálatára.
A Cooper - párok
Bardeen meghívta intézetébe Leon Coopert, aki kvantumfizikából akkoriban doktorált a Columbia Egyetemen, és Robert Schrieffert, az MIT doktoranduszát.
Leon Cooper gondolt először arra, hogy az elektronok párokba rendeződnek a szupravezetés állapotában. A szupravezetés létrejöttéhez szükséges hőmérséklettől már egy picit magasabb értéken az elektronok normálisan viselkednek, vagyis taszítják egymást, aminek egyik következménye az elektromos ellenállás. Amikor a hőmérséklet eléri az átmeneti pontot, egy újfajta kölcsönhatás lép fel az elektronok között. Két megfelelő tulajdonságú elektron egy párrá kapcsolódik össze. Ezek lesznek az ún. Cooper-párok, amelyek természetesen Cooper-ről kapták nevüket. Ez a szupravezetés jelensége. Ha a hőmérsékletet megnöveljük úgy, hogy értéke az átmeneti pont fölé emelkedjen, akkor a Cooper-párok felbomlanak, a szétvált elektronok ismét taszítják egymást és megint tapasztalható az elektromos ellenállás.
A BCS elmélet és a bonyodalmak
Közösen hozták végleges formába az elméletet, és hozzákezdtek annak ellenőrzéséhez, hogy a kísérleti eredmények vajon alátámasztják-e elképzeléseiket. Az elmélet szerint értelmezhető a szupravezetés hirtelen fellépése, a mágneses tér kirekesztése a szilárd testek belsejéből, a fajhőnek az átmeneti hőmérsékleten bekövetkező növekedése is.
A felfedezés olyan hatású volt, hogy a tudósok és a közvélemény is azt várta, hogy mind a hárman Nobel-díjat kapnak. A díjat azonban Bardeen nem kaphatta meg, hiszen őt már egyszer kitüntették, és a szabályok szerint egy tudományágban csak egyszer lehet díjazott valaki. Ekkor még bonyolultabb helyzet állt elő. Josephson is előállt egy mindenki számára meglepő felfedezéssel, ami szintén Nobel-díjat érdemelt volna. A szabályok szerint azonban, ha egy felfedezés egyértelműen egy korábbi eredményen alapul, akkor a díjat csak abban az esetben ítélik oda, ha a korábbi eredményt már díjazták. Így a Nobel-díj-bizottság nem tehetett mást, mint megváltoztatta az addigi szabályt, és 1972-ben Bardeen, Cooper és Schrieffer megkapta a Nobel-díjat.
A következmények
A Cooper-párok viselkedésének megismerése vezetett a későbbiekben olyan alkalmazási lehetőségekre, mint a legérzékenyebb mágneses tér szenzor (SQUID) megalkotása, a világ leggyorsabb “hagyományos” számítógépeinek készítése, vagy a szupravezető nanoszerkezeteken alapuló kvantum-számítógépek lehetőségének felvetése.
A szupravezető állapotban tapasztalt zéró elektromos ellenállás lehetővé teszi, hogy egy szupravezető tekercsbe áramot vezetve, majd a tápegységet kiiktatva és a tekercs végeit rövidre zárva a tekercsben keringő, akár 100 Amperes nagyságú, időben nem csillapodó áramokkal több Tesla nagyságú mágneses tereket tartsunk fenn további külső meghajtás nélkül. Napjainkban ezt az elvet használják ki a mágnesesen lebegtetett vonatok, az orvosi MRI készülékek vagy a CERN részecskegyorsító szupravezető mágneseiben.
További érdekes oldalak:
- Fizikai Nobel-díj 1996
- Szupravezetés és szuperfolyékonyság a Nobel-díjak tükrében
- Vezetés ellenállás nélkül
- LHC Superconducting Magnets
Zsigó Zsolt cikke
