Физика вокруг нас

Кузичев: Друзья, приветствую всех участников проекта "Наука 2.0" в нашей студии. В студии "Вестей ФМ" и портала "Полит.ру" - Борис Долгин, Дмитрий Ицкович и Анатолий Кузичев. Мы, кстати, так и не представились в прошлый раз. Может, сейчас два раза тогда представимся? Анатолий Кузичев, Борис Долгин и Дмитрий Ицкович.

Ицкович: Боря, давай теперь ты...

Кузичев: И Андрей Варламов: - вторую программу подряд.

Ицкович: Это у нас сверхпроводимость возникла, по-моему.

Кузичев: Это сверхпроводимость, только что. И угасла. Андрей Варламов вторую программу подряд у нас. Невероятно интересно, очень увлекательно. Мало понятно, но ужасно интересно почему-то. Вот это физика. Мы вообще хотели эту программу посвятить, как это, "физика среди нас", и я даже улавливал в прошлой программе. Помните, как Андрей Андреевич говорил, что говорит, мол, не нужно пытаться измерить, где находится что-то, потому что ты испортишь ему состояние. Я подумал: посмотрите, ведь как легко перебросить, так сказать, от этого явления, от этого принципа, казалось бы, квантового в нашу жизнь. Вот звонит вам жена, скажите ей: старуха, не меняй мою волновую функцию...

Ицкович: "Где ты? Где ты?" - говорит. "Не порть мне вечер!"

Варламов: Ну вот видите, а вы мне говорите, что непонятно. Вы суть уловили сразу.

Кузичев: Ну да. Но тем не менее давайте мы закончим со сверхпроводимостью...

Ицкович: "Где ты?" - спросила жена. И немедленно поменяла мое квантовое состояние.

Кузичев: Закончим сверхпроводимость, а потом уже к "физике вокруг нас". Ладно? Давайте.

Варламов: Итак, давайте закончим сверхпроводимость, потому что мы достигли важнейшей точки, а именно: 1957 год, создана микроскопическая теория сверхпроводимости. Наконец-то физики стали понимать, в чем заключается явление. 46 лет надо было.

Ицкович: А можно сформулировать коротко: в чем?

Варламов: Я это уже сказал в прошлой передаче. Сейчас я могу повторить, что у нас в металле имеется огромное количество, гигантское количество электронов. Они образуют так называемое ферми-море, ну то есть фермиевскую систему с полуценным спином частиц.

Ицкович: Спин - это что такое?

Варламов: Спин - это врожденный магнитный момент частицы. Она как будто бы крутится, заряженная частица, и возникает магнитный момент. И он очень важен для того, чтобы описать свойства - коллективисты частицы или индивидуалы. Вот представьте себе, что вы входите в автобус на конечной остановке.

Ицкович: И все крутятся.

Варламов: Каждый садится, вот есть два места сиденья, а каждый садится по одному, правда?

Ицкович: Да.

Варламов: Вот люди, они фермеоны в этом плане. Если красивая девушка сидит, то, может быть, и подсядете. Но когда все заполнено, то тогда уже начнут садиться на вторые места.

Кузичев: На все, ага.

Варламов: А вот базоны ведут себя иначе. Это как компания зашла, они сразу сели все вместе. Вот. Так вот благодаря электрон-фононному взаимодействию, которое мы предполагаем притяжением, мы уже поняли, что в каких-то металлах это так, в каких-то нет. Которые нет, мы не будем обсуждать, они не сверхпроводники и никогда ими не будут. А там, где электрон-фононное взаимодействие побеждает, то при высоких температурах температура все разбрасывает. У них небольшая энергия связи, поэтому они не образуются. Но по мере того как вы понижаете температуру, вы доходите до точки, которая называется "критическая температура сверхпроводимости", когда вот это притяжение перестраивает свойства металла. То есть у вас начинаются образовываться куперовские пары, объединение электронов в парочки, они выпадают сразу в конденсат, и этот конденсат обладает свойством, что он может переносить ток без сопротивления.

Долгин: То есть это такое качественно новое свойство.

Варламов: Естественно, если у вас есть возможность идти с сопротивлением или без сопротивления, естественно, вы пойдете по короткой без сопротивления. Поэтому те электроны, которые не спаривались, остаются без работы. Все понятно?

Кузичев: Угу.

Варламов: Построена такая теория. Лев Петрович Горьков - ученик Ландау - в 1958 году формулирует элегантное, очень современными в то время методами теоретической физики, решение задачи о сверхпроводимости, то есть получает те же результаты, что и Бардин-Купер-Шиффер, получает их в так называемой диаграммной технике. Николай Николаевич Боголюбов получает их своими преобразованиями. Все это подтверждено четко. Но что замечательно в решении Горькова, вот из его уравнения следует, что около критической температуры теория БКШ и феноменологическая теория Гинзбурга-Ландау - это одно и то же. То есть простая относительная теория Гинзбурга-Ландау, полученная просто гениальным предвидением и гораздо более простой математикой, обогащается точными коэффициентами, которые они не знали, а Горьков их получает из микроскопической теории. И уже через 60 лет до сих пор люди больше пользуются теорией Гинзбурга-Ландау, она проще, потому что мы знаем коэффициент. Замечательно!

А дальше - создали теорию и начинаем ее разрушать, а именно... так всегда принято, ну не разрушать, а расширять. То есть в теории БКШ (Бардина-Купера-Шиффера) понятие плотности этих куперовских пар, вот спаренных электронов, и щель в электронном спектре - это было одно и то же. А в 1959 году Абрикосов и Горьков строят теорию сплавов, то есть металл с примесями. Сначала они строят для нормальных металлов, а потом для сверхпроводящих, с обычными примесями и с примесями, которые магнитные. И они показывают, то бывают такие странные сверхпроводники, когда у вас щели в спектре нет (казалось бы, Бардин-Купер-Шиффер требовали это как основу, из-за этого это критерий Ландау - как сверхтекучесть это необходимо), а сверхпроводимость есть. То есть и показывает, что можно придумать более сложные сверхпроводники. Идет поиск сверхпроводников с высокими критическими параметрами, потому что пора применение давать. А применение задерживается тем, что очень низкие температуры. Полностью слушайте в аудиоверсии.