Джон Бардин

К исследованиям Бардина позднее присоединились два его студента по Иллинойскому университету – Леон Н. Купер, который вел исследовательскую работу после защиты докторской диссертации, и Дж. Роберт Шриффер, аспирант. В 1956 г. Купер показал, что электрон (который несет отрицательный заряд), движущийся сквозь регулярную структуру (решетку) металлического кристалла, притягивает ближайшие положительно заряженные атомы, слегка деформируя решетку и создавая кратковременное увеличение концентрации положительного заряда. Эта концентрация положительного заряда в свою очередь притягивает второй электрон, и два электрона образуют пару, связанную друг с другом благодаря искажению кристаллической решетки. Таким путем многие электроны в металле объединяются по два, образуя куперовские пары.

Бардин и Шриффер попытались с помощью концепции Купера объяснить поведение обширной популяции свободных электронов в сверхпроводящем металле, но их постигла неудача. Когда Бардин в 1956 г. отправился в Стокгольм получать Нобелевскую премию, Шриффер уже готов был признать поражение, но напутствие Бардина запало ему в душу, и ему удалось-таки развить статистические методы, необходимые для решения данной проблемы.

После этого Бардину, Куперу и Шрифферу удалось показать, что куперовские пары, взаимодействуя между собой, заставляют многие свободные электроны в сверхпроводнике двигаться в унисон, единым потоком. Как и догадывался Ф. Лондон, сверхпроводящие электроны образуют единое квантовое состояние, охватывающее все металлическое тело. Критическая температура, при которой возникает сверхпроводимость, определяет ту степень уменьшения температурных колебаний, когда влияние куперовских пар на координацию движения свободных электронов становится доминирующим. Поскольку возникновение сопротивления при отклонении даже одного электрона от общего потока с необходимостью повлияет на другие электроны, участвующие в сверхпроводимости, и тем самым нарушит единство квантового состояния, такое возмущение весьма мало вероятно. Поэтому сверхпроводящие электроны перемещаются коллективно, без потери энергии.

Достижение Бардина, Купера и Шриффера было названо одним из наиболее важных в теоретической физике с момента создания квантовой теории. В 1958 г. они с помощью своей теории предсказали сверхтекучесть (отсутствие вязкости и поверхностного натяжения) у жидкого гелия-3 (изотоп гелия, ядро которого содержит два протона и один нейтрон) вблизи абсолютного нуля, что и подтвердилось экспериментально в 1962 г. Сверхтекучесть наблюдалась ранее у гелия-4 (наиболее распространенный изотоп с одним дополнительным нейтроном), и считалось, что она невозможна у изотопов с нечетным числом ядерных частиц.

Бардин, Купер и Шриффер разделили в 1972 г. Нобелевскую премию по физике «за совместное создание теории сверхпроводимости, обычно называемой БКШ-теорией». Стиг Лундквист, член Шведской королевской академии наук, при презентации лауреатов отметил полноту объяснения ими сверхпроводимости и добавил: «Ваша теория предсказала новые эффекты и весьма стимулировала дальнейшие разработки в теоретических и экспериментальных исследованиях». Он также указал на то, что «дальнейшее развитие... подтвердило огромное значение и ценность идей, заложенных в этой фундаментальной работе 1957 г.»

Среди многочисленных наград Б. – медаль Стюарта Баллантайна Франклиновского института (1952), премия Джона Скотта г. Филадельфии (1955), премия по физике твердого тела Оливера Бакли Американского физического общества (1954), Национальная медаль «За научные достижения» Национального научного фонда (1965), почетная медаль Института инженеров по электротехнике и электронике (1971) и президентская медаль Свободы правительства Соединенных Штатов (1977). В течение многих лет Бардин был соиздателем журнала «Physical Review». Он член американской Национальной академии наук и Американской академии наук и искусств и был избран членом Американского физического общества.

Бардин славился своей скромностью. Несмотря на то, что он почти 40 лет был профессором в Иллинойсе, его соседи и студенты помнили его в основном за его пикники, на которых он готовил еду для своих друзей, многие из которых и не подозревали о его достижениях в университете. В его честь назван двор в инженерном отделении университета Иллинойса.

Бардин был значимым советником корпорации Ксерокс. Несмотря на свою тихую натуру, он предпринял нехарактерный для него шаг, убеждая менеджеров Ксерокса поддержать исследовательский центр в Калифорнии — Ксерокс Парк, — когда головная компания считала, что её исследовательский центр приносит мало пользы.

Бардин умер от остановки сердца 30 января 1991 г.

Заключение

Подводя итог работы можно сделать выводы об огромном вкладе Джона Бартона в современную науку:

1.                   Созданные Джоном Бардином транзисторы позволили сделать прорыв  при создании современных средств связи и компьютерных технологий, причем эти технологии продолжают быстро развиваться.

2.                   Достижение Бардина, Купера и Шриффера было названо одним из наиболее важных в теоретической физике с момента создания квантовой теории. БКШ-теория привела к далеко идущим последствиям в технологии и теории. Создание материалов, которые становились сверхпроводниками при более высоких температурах или выдерживали сильные магнитные поля, позволило сконструировать исключительно мощные электромагниты небольших размеров, потребляющие мало энергии. Сверхпроводящие магниты используются при изучении ядерного синтеза, в магнитной гидродинамике, в ускорителях частиц высокой энергии, в поездах, движущихся без трения на магнитной подушке над рельсами, в биологических и физических исследованиях взаимодействия атомов и электронов с сильными магнитными полями и при конструировании компактных мощных электрических генераторов.

3.                   Опираясь на БКШ-теорию, Английский физик Брайан Д. Джозефсон обнаружил, что в определенных условиях при соединении сверхпроводников возникают так называемые сверхтоки (эффекты Джозефсона), чувствительные к магнитным полям. Датчики, основанные на эффектах Джозефсона, способны определять малейшие изменения магнитной активности в живых организмах и помогают обнаруживать месторождения полезных ископаемых и нефти по их магнитным свойствам.

Список используемой литературы

1.       Большая советская энциклопедия: Изд-во Советская Энциклопедия, 1970;

2.       Hoddeson, Lillian and Vicki Daitch. True Genius: the Life and Science of John Bardeen. National Academy Press, 2002. (ISBN 0-309-08408-3);

3.       Нобелевская премия по физике 1956. Джон Бардин (1908-1991) //http://www.nobeliat.ru/laureat.php?id=543

4.       John Bardeen // http://www.nobel-winners.com/Physics/john_bardeen.html