Belföld

Fizikai Nobel-díj – a szupravezetők világa

Megosztva kapta az idei fizikai Nobel-díjat egy orosz, egy orosz-amerikai és egy brit tudós. Mindhárman úttörő jelentőségű munkát végeztek a szupravezetés terén.



Fémek alacsony hőmérsékleten 

A szupravezetés a rendkívül alacsony hőmérsékletre lehűtött fémek tulajdonsága: ilyenkor a fémben az ellenállás nagyon kicsi, gyakorlatilag nulla. A szupravezetők zérus ellenállása már az 1900-as évek elején rendkívül megörvendeztette a fizikusokat, nem sok fantázia kellett ugyanis a veszteség nélkül óriási áramokat szállító távvezetékek elképzeléséhez. Hagyományos vezetékeken az ellenállás tetemes veszteséget okoz. Ám a szupravezetők felfedezése után hamar kiderült, hogy a szupravezető állapot nem túlságosan erős mágneses térrel meg is szüntethető. Ez pedig azt jelentette, hogy a szupravezetőben nem folyhat erős áram, hiszen az áram is létrehoz maga körül mágneses teret, ami viszont megszünti a szupravezető állapotot. A kutatás következő lépcsőfoka az volt, amikor az 1930-as években két berlini fizikus, Meissner és Oschenfeld rájött, hogy a szupravezető belsejében nemcsak az ellenállás, hanem a mágneses tér is zérus. Sőt az ötvenes évekre nyilvánvalóvá vált az is, hogy a fém normál és szupravezető állapota közötti energiakülönbség éppen a mágneses tér kiszorításával mérhető. De hogy pontosan mi is történik a fázisátalakulás során, annak leírása még váratott magára egy darabig.  

A tízmillió svéd koronával (mintegy 280 millió forint) járó idei fizikai Nobel-díjon az Egyesült Államokban élő, orosz születésű Alekszej Abrikoszov, az orosz Vitalij Ginzburg és a brit-amerikai állampolgár Anthony Leggett osztozik. A három tudós kvantumfizika terén kifejtett munkássága főként a szupravezetésre összpontosult. A Nobel-bizottság történetében nem ez az első alkalom, hogy szupravezetésért ítéli oda a díjat.

A 75 éves Abrikoszov az Illinois állambeli Argonne laboratóriumában dolgozik. A 87 éves Ginzburg a moszkvai Lebegyev Fizikai Intézet tudományos csoportjának volt egykor a vezetője. A 65 éves Leggett az Illinois Egyetem professzora Urbana-Champaign városában.

Az első Nobel-díj szupravezetésért

Az ötvenes évek közepén a fizikusok már sejtették, hogy a szupravezetésnek mindenképpen köze van a fém kristályrácsához. Kísérletek igazolták, hogy a szupravezetéshez szükséges kritikus alacsony hőmérséklet függ a kristályrácsban lévő atomok tömegétől, azaz ugyanazon elem izotópjainak más és más a kritikus hőmérséklete.

Végül 1957-ben született meg Bardeen, Cooper és Schrieffer (BCS) elmélete, amely a szupravezetők minden alapvető tulajdonságára választ adott. Nobel-díjjal jutalmazták őket. Ám a szupravezető távvezetékek építéséhez még mindig nem volt elegendő tudás…




Mire jók a szupravezetők? 

A szupravezetők három leggyakoribb felhasználás a következő:
• Nagy teljesítmények (gigawatt) felett a szupravezető kábelek az áramvezetés szempontjából már gazdaságosabbak, mint a hagyományos távvezetékek.
• Elektromos energia tárolására: 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 ehhez eléggé alacsony.
• A harmadik alkalmazás azt használja ki, hogy a mágneses tér nem hatol be egészen a szupravezetőbe – Japánban például erre az elvre épül a szupravezető vasút. 

Szupravezetés nem csak tiszta fémben

A szupravezetők kutatásának következő nagy szakasza az volt, amikor a tudósokat fokozottan kezdte el foglalkoztatni a probléma: hogyan fordulhat elő, hogy az ötvözetek és a szennyezett fémek szupravezető viselkedése eltér a szokásostól. Bizonyos esetekben például előfordul, hogy a mágneses tér nem szorul ki teljesen az anyagból.

Korábban is tapasztalták, hogy a szupravezető alakjától függően normális és szupravezető tulajdonságot mutató rétegek alakulnak ki bennük. Ezt figyelte meg a most Nobel-díjjal jutalmazott két orosz, Ginzburg és Abrikoszov is az általa vizsgált szennyezett fémeknél, illetve ötvözeteknél. A két tudós kutatásai nagyban hozzájárultak annak megállapításához, hogy a mágneses tér nem feltétlenül akadálya a szupravezetésnek.

A második Nobel-díj

Az ipari alkalmazást azonban még visszavetette, hogy a szupravezetés rendkívül alacsony hőmérséklethez volt kötve. A szupravezetés felfedezésének 75. évfordulóján, 1986-ban két svájci tudós – Bednorz és Müller – bejelentette, hogy egy rejtélyes anyagon már 30-35 kelvin környékén tapasztaltak szupravezetést. Ezután kutatások tömege indult, és egyre magasabb hőmérsékeleten tapasztalták a különleges állapotot, ma már 130-140 kelvinnél tartunk.


Forrás: National Geographic Online

Címkék: archívum

Ajánlott videó mutasd mind

Ha kommentelni, beszélgetni, vitatkozni szeretnél, vagy csak megosztanád a véleményedet másokkal, a 24.hu Facebook-oldalán teheted meg. Ha bővebben olvasnál az okokról, itt találsz válaszokat.

Nézd meg a legfrissebb cikkeinket a címlapon!
24-logo

Engedélyezi, hogy a 24.hu értesítéseket
küldjön Önnek a kiemelt hírekről?
Az értesítések bármikor kikapcsolhatók
a böngésző beállításaiban.