Dátum: 2018. december 13. csütörtök    Mai névnap(ok): Luca, Otília


képgaléria kertpont.hu sakk linkajánló
 
Előadóművészet
Irodalmi szekció
Képzőművészet
Társadalom
Könyvsarok
Képgaléria
Ráday utca
Reál
Kiadványok
POSZT
Enciklopédia
CITY BALETT ALAPÍTVÁNY
HARMÓNIA ALAPÍTVÁNY
Terasz Archív
Kortárs Mozgásművészeti Portál
Nemzeti Színház
Bessenyei Ferenc honlapja
PREMIER
Hidegfizikai Nobel-díj

Balról: Abrikoszov, Ginzburg, Leggett
 
A fizika tudományának élő legendái kapnak 2003-ban fizikai Nobel-díjat a "szupravezetés és szuperfolyékonyság elméletéhez való úttörő hozzájárulásuk okán". Ez a terület az "alacsony hőmérsékletek fizikája". Dőlnek belőle a Nobel-díjak: 1913 - Kamerlingh-Onnes (a hélium cseppfolyósítása), 1962 - Landau, 1972 - Bardeen, Cooper és Schrieffer, 1973 - Josephson, 1978 - Kapica, 1987 - Bednorz és Müller. Hozzájuk járult idén (balról jobbra): Alekszej Alekszejevics Abrikoszov (1928, Moszkva), Vitalij Lazarevics Ginzburg (1916, Moszkva) és Anthony J. Leggett (1938, London).

Hidegfizika

A fizika alapismeretei közé tartozik, hogy a tudománytörténeti előzmények nyomán kialakult hőmérsékleti skáláink egyenlő beosztással csak egy meghatározott hőmérsékletértékig folytathatók az egyre alacsonyabb hőmérsékletek irányába. A Celsius skálán ez körülbelül -273,16 fok. A fizika tudománya a Celsius skála osztásléptékével, de 0 kezdőértékkel innen kezdi az úgynevezett abszolút hőmérsékleti skálát. Talán szemléletesebb volna, ha valamiképpen tükröznék az alsó határ elérhetetlenségét, de már így alakult. A tudomány hatalmas erőfeszítéseket tesz anyagoknak eme legalsó hőmérséklet közelébe való hűtésére, mivel kiderült, hogy ennek az elméleti és gyakorlati haszna beláthatatlan.
   Nemigen tanulmányozhatók a gyakorlati életben közvetlenül az elemi részecskék fizikájának, a kvantummechanikának a jelenségei, mert szokásos hétköznapi méretekben és hőmérsékleteknél temérdek elemi részecske hat kölcsön egymással zűrzavarosan gazdag módokon. Ezek közül egyeseket nagyon nehéz kipreparálni. Az persze mindenképp várható volt, hogy a hűtéssel a zűrzavar csökken, és különválaszthatók egyes jelenségek, aminek elméleti az érdekessége. Ám az is hamar kiderült, hogy az alacsony hőmérsékleteknél a különvált kvantummechanikai hatások óriási mennyiségű részecskében lehetnek annyira egységesek, hogy emberméretű jelenségeket produkálnak. S végül az is, hogy ezen jelenségek némelyikéhez roppant gazdasági érdek fűződik.

Szupravezetés és szuperfolyékonyság

   Szuperfolyékonyságnak nevezik az először a hélium 4-es tömegszámú izotópjának folyadékában, az abszolút nulla fölött körülbelül 2,17 fokkal fellépő jelenséget: a folyadék súrlódási ellenállás nélkül képes folyni.
   A hélium egyatomos nemesgáz, amely nevét onnan kapta, hogy először a Nap színképében fedezték fel a XIX. században; atommagjának és a körülötte lévő elektronhéjának szerkezete olyan, hogy alig hat kölcsön kémiailag, és atomjai egymással is csak elenyésző mértékben lépnek kapcsolatba. Ezért cseppfolyósítani is roppant nehéz volt, a technikának csak a XX. század elejére sikerült annyira kifejlődnie, hogy a szükséges eljárások a rendelkezésre álljanak. A holland származású Heike Kammerlingh-Onnes, a Leideni Egyetem fizika tanszékének professzora csatlakozott az alacsony hőmérsékletek kutatóihoz, és neki sikerült 1908-ban - a gázok közül utolsóként - cseppfolyósítania a héliumot, majd még tovább hűtenie, drámai körülmények között. Ezekről szót kell ejtenünk, hogy világos legyen, mit is jelent a szuperfolyékonyság.
   Amikor a laborban a híres hűtési kísérlet folyt, a héliumminta hőmérséklete darabig csökkent, aztán ez megállt. Onnesék tanácstalanul nézték az edényt, amelyben nem látszott folyadék, amikor a laborba kíváncsian bekukkantó Schreinemakers professzor fölvetette, hogy mégis lehet, hogy végbement a cseppfolyósodás, és valójában forrásban lévő héliumba merül a hőmérő, azért állt meg a hőmérséklet csökkenése, meg kellene az edényt alulról is világítani. Megtették, és azonnal meglátták a folyékony hélim felszínét, az edény majdnem tele volt vele. Különös jelentősége van annak is, miért volt nehéz meglátni: szinte folyamatosan ment át a folyadékfelszín az edény falába, nem élesen, mint a szokásos folyadékok. Más jelenség is mutatkozott, amelyről mellesleg ejtettek szót, és csak harminc év múlva derült ki, hogy a szuperfolyékonyság az oka, és hogy szinte már Kammerling-Onnes kezében volt, de a kutatók megriadtak a bizarr következtetéstől. A hűtés céljából ugyanis igen alacsony nyomás alá helyezték a folyadékot, mire annak forrása erősödött, ahogy az várható is volt, amint a forráspont leszállt. A további hűtés során aztán a folyékony hélium pezsgése egyszerre megállt. Ez megdöbbentő volt. A folyadék azért pezseg, amiért a főzőre helyezett víz forr: nem tud hőátadással vagy áramlással szabadulni a hőtől, mert e folyamatok nem elég hatékonyak, tehát az gázzá alakítja, azaz elgőzölögteti. A forrás csak azért állhat le, mert elérve a kritikus hőmérsékletet, a hővezető képesség, ami mögött akár áramlás is állhat, legalábbis milliószorosára nőtt. Ez valami mérési hibának tűnt. Csak harminc év múlva merték kimondani, hogy nem milliószorosára, hanem végtelenszeresére: a szuperfolyékony folyadék tökéletesen súrlódás nélkül folyik, tehát bármennyi hőt simán elszállít.
    A szupravezetésre szintén már az első pillanatokban megvoltak a világos jelek. A hőmérők fémszálak ellenállásának változásán alapultak. A folyékony hélium hőmérsékletén a mérésekkel olyan nehézségek léptek fel, amelyek nyomán Nernst fizikai kémikus kijelentette, hogy az ellenállás az abszolút nulla fokon eltűnik. Kammerlingh-Onnes is többféle mintét vizsgált, platinát, aranyat, higanyt. A hűtéssel darabig csökkent az ellenállás, aztán ez is megállt. Vajon miért? Kammerlingh-Onnes helyesen értelmezte a dolgot: szennyezett az anyag, az okozza a maradék ellenállást, ám annak van egy része, amely már pár fokkal az abszolút nulla fölött is eltűnik. Egyre tisztább anyagokat vett, míg 1913-ra el nem jutott oda, hogy nagyon tiszta higany ellenállása közvetlenül a folyékony hélium hőmérséklete alatt egyszerre mérhetetlenül kis értékűre zuhan. Ma már tudjuk: ténylegesen nullára.

Óriási haszon

A két rokon jelenség leírására különféle, magas presztízsű elméletek születtek, nagy tudományos haszonnal, ám a tárgyat mindmáig végleg ki nem merítve. Csak az egyik kutatási területre utalunk: ha szupravezető kábeleken lehetne az áramot az erőművekből a fogyasztókhoz vezetni, az erőművek legalább fele fölöslegessé válna. Csakhogy roppant drága az ilyen alacsony hőfok fönntartása. Az álom: a mennél magasabb hőmérsékletű szupravezetés. Ez a kutatások egyik mai növekedési pontja. Roppant érdek fűződik hát ahhoz, hogy fejlődjenek a kapcsolódó elméletek, és az új Nobel-díjasok ebben értek el átütő sikereket. A nevek amúgy legendásak: a XX. század fizikai kutatásainak legizgalmasabb pontjaihoz kapcsolódó számos eredményt értek el, tankönyvek ezrei épülnek a munkájukra, nincs fizikus és villamosmérnök, aki ne kapcsolná őket ismeretei legfontosabb fejezeteihez.
[ Norman Károly ]
2003-10-08 08:00:00

A legutóbbi 20 cikk
Bevezettük az RSS-t a Teraszon!
Űrtevékenységünk az EU küszöbén
Megosztott kémiai Nobel-díj 2003-ban
ŰRNAP – 2003
Hidegfizikai Nobel-díj
Paul C. Lauterbur és Peter Mansfield a 2003. évi Fiziológiai és Orvostudományi Nobel-díjas
Egy rendszertan, avagy a web kultúrája
Képek magányos elektronokról félvezetőkben
Elhunyt Teller Ede
Klímaváltozás
A modern tudomány és a társadalom összeforrt
Elhunyt Greguss Pál
Számítástechnika és tudomány
A modern tudomány és a társadalom összeforrt
A Magyar Tudomány Napja
Bostoni tízek Enni kéne
Az egészséges táplálkozásról - másként
Népbetegségünk: az allergia és asztma
Allergia, aszthma - vezér
Hideg antihidrogén
Az összes cikkek >>>

címszó
év
hónap
Enciklopédia
További cikkek a kertpont.hu portálon
A sokarcú fagyöngy
Szerves talajtakarók
A póréhagyma
Agavék
A vizitorma
A csontritkulásról
Webtechnológia
Technológiák, fejlesztési megoldások, referenciák a Terasz.hu - tól
Támogatók
| M?iaaj?lat | Impresszum | Jogi nyilatkozat |
info@terasz.hu