Купер Леон

Род. 28 февраля 1930 г. Нобелевская премия по физике, 1972 г. совместно с Уильямом Шокли и Джоном Робертом Шриффером

Американский физик Леон Купер родился в Нью-Йорке, в семье Ирвинга Купера и его жены Анны, до замужества Золя. Леон вырос в Нью-Йорке, посещал среднюю школу в Бронксе, а затем поступил в Колумбийский университет, где специализировался по физике. Он стал бакалавром в 1951 г., магистром в 1953 г. и доктором в 1954 г. Во время обучения в Колумбийском университете основные интересы К. лежали в области квантовой теории поля, которая описывает взаимодействие частиц и полей на атомном или субатомном уровне.

Стипендия Национального научного фонда позволила Куперу провести 1954/55 академический год в Институте фундаментальных исследований в Принстоне (штат Нью-Джерси), после чего он два года выполнял постдокторскую работу под руководством Джона Бардина в Иллинойском университете. Бардин изучал сверхпроводимость и другие свойства вещества при температурах, всего лишь на несколько градусов превышающих абсолютный нуль (273°С).

Голландский физик Хейке Камерлинг Оннес открыл в 1911 г., что при охлаждении некоторых металлов до температуры, отличающейся от абсолютного нуля на несколько градусов, они полностью теряют электрическое сопротивление, – явление, получившее название сверхпроводимости. Его наблюдения, весьма озадачившие ученых того времени, несколько десятилетий не находили полного объяснения.

По мере охлаждения почти у всех металлов увеличивается проводимость, поскольку тепловые колебания их атомов порождают электрическое сопротивление из-за рассеяния электронов, участвующих в создании электрического тока. При охлаждении металла амплитуда колебаний уменьшается, что улучшает проводимость. По мере уменьшения температуры в обычных металлах это улучшение происходит постепенно, тогда как в сверхпроводнике всякое электрическое сопротивление исчезает при температуре, близкой к абсолютному нулю. Хотя атомы такого металла продолжают колебаться, несущие ток электроны, по-видимому, двигаются без помех.

Около 1950 г. были проведены исследования сверхпроводимости у металлов, обладающих несколькими изотопами (разновидности элементов, обладающие одинаковым числом протонов и электронов и тем самым и одинаковыми химическими свойствами, но различным числом нейтронов) Оказалось что критическая температура, при которой изотоп становится сверхпроводящим, обратно пропорциональна атомной массе изотопа. Атомная масса изменяет свойства твердого тела только потому, что она влияет на распространение колебаний в кристаллической структуре этого тела. Это наблюдение привело Бардина к мысли, что свойство сверхпроводимости зависит от взаимодействия электронов с колебаниями атомов. Бардин со своими коллегами уже несколько лет изучал эти взаимодействия перед тем, как в 1956 г. к ним присоединился К.

За короткое время Купер показал, что взаимодействие между электронами и кристаллической решеткой порождает связанные пары электронов Во время движения сквозь кристалл металла один электрон притягивает окружающие положительно заряженные атомы, вызывая этим небольшую деформацию кристаллической решетки. Эта деформация в свою очередь создает кратковременную концентрацию положительного заряда, которая притягивает второй электрон. Таким путем два электрона оказываются связанными друг с другом посредством кристаллической решетки, образуя то, что известно как куперовская пара.

Основываясь на этом открытии, Дж. Роберт Шриффер, аспирант Иллинойского университета, который также работал под руководством Бардина, разработал метод анализа движений большого числа пар взаимодействующих электронов. За месяц он, Бардин и К. обобщили модель Шриффера, создав тем самым общую теорию сверхпроводимости. Названная БКШ-теорией (по инициалам трех ее создателей), она утверждает, что в сверхпроводящем материале большая доля свободных электронов ведет себя согласованным образом. В результирующем когерентном состоянии электроны движутся в унисон. Ниже критической температуры эффект образования электронных пар, обеспечивающий координированное движение электронов, оказывается сильнее тепловых колебаний атомов металла. Возмущение, которое отклонило бы отдельный электрон и, следовательно, вызвало бы появление электрического сопротивления, не может сделать это в сверхпроводнике, не воздействуя на все электроны, участвующие в сверхпроводящем состоянии. Это событие маловероятно, и поэтому парные электроны движутся когерентно без потери энергии. БКШ-теорию часто считают наиболее важным вкладом в теоретическую физику с момента создания квантовой теории.

Купер вместе с двумя своими коллегами получили в 1972 г. Нобелевскую премию по физике «за создание теории сверхпроводимости, обычно называемой БКШ-теорией». В Нобелевской лекции К. обсуждались микроскопические интерференционные квантовые эффекты в теории сверхпроводимости. Признавая практическое значение своей работы, он отметил, что «теория не производит сокровищ этого мира (хотя и может направлять нас к их достижению). Теория – нечто большее. Она является упорядочением опыта, придающим опыту смысл, а также доставляет нам удовольствие чистого созерцания».

С 1957 по 1958 г. Купер работал ассистент-профессором в университете штата Огайо, а затем занимал различные профессорские должности в Браунском университете, совмещая с 1974 г. эту работу с обязанностями содиректора Браунского неврологического центра. Много времени он отдавал развитию теории центральной нервной системы. Его особенно интересовало, как модификация нейронов ведет к организации распределенной памяти. Вместе со своим коллегой Чарлзом Элбаумом К. разработал гибкую систему, способную распознавать рукописные буквы и преобразовывать их в печатные. Эта система была использована корпорацией ИБМ в 1987 г. К. и его жена Кэй Энн, до замужества Аллард, состоят в браке с 1969 г., у них две дочери.

Кроме Нобелевской премии, Купер был награжден премией Комстока Национальной академии наук США (1968 г.) и медалью Декарта Университета Рене Декарта (1977 г.). Он обладает почетными степенями Колумбийского университета, Суссекского университета. Иллинойского университета, Браунского университета и университета штата Огайо. Он член Американской академии наук и искусств, Американского физического общества, Национальной академии наук, Американского философского общества и Федерации американских ученых.

www.library.by

Бор Оге Нильс

Род. 19 июня 1922 г. Нобелевская премия по физике, 1975 г. совместно с Бенжамином Р. Моттельсоном и Джеймсом Рейнуотером Датский физик Оге Нильс Бор родился в Копенгагене и был четвертым из шести сыновей Маргарет (в девичестве Норлунд) Бор и Нильса Бора. Воспитываясь в атмосфере Института теоретической физики (ныне Институт Нильса Бора) в Копенгагене, который возглавлял…

Цернике Фриц

16 июля 1888 г. – 10 марта 1966 г. Нобелевская премия по физике, 1953 г. Нидерландский физик Фриц Цернике родился в г. Амстердаме и был вторым из шести детей Карла Фредерика Августа Цернике, директора начальной школы, учителя математики и автора нескольких учебников по математике, и Антье (в девичестве Диперник) Цернике, также учителя математики. Мальчиком он…