Zawadowski Alfréd

Szupravezetés és szuperfolyékonyság
a Nobel-díjak tükrében


A Svéd Tudományos Akadémia a fizikai Nobel-díjat megosztva Alekszej A. Abrikoszov orosz származású amerikai, Vitalij L. Ginzburg orosz és Anthony J. Leggett angol származású amerikai tudósnak ítélte oda 2003-ban. Az elso két kutató 1928-ban, illetve 1916-ban született Moszkvában, az utóbbi 1938-ban Londonban. Abrikoszov jelenleg az Argonne Nemzeti Laboratórium kutatója az Amerikai Egyesült Államok Illinois államában. Ginzburg a Moszkvai Lebegyev Intézetben dolgozik, míg Leggett az Illinois Egyetem professzora az Egyesült Államok Illinois államában, Champaign-Urbanában. A két, eredetileg moszkvai tudós a szupravezetés, Leggett a szuperfolyékonyság elméletének kidolgozásához járult hozzá. 
 
 Alekszej A. Abrikoszov Vitalij L. Ginzburg Anthony J. Leggett 

A Nobel-díjak történetében a díjazottak munkássága igen különböző környezetbe ágyazódik. Vannak díjak, amelyek önmagukban értékelhetők, és vannak, amelyek sok évtized kutatásainak láncolatába tartoznak: ekkor a díjak a kutatások egy-egy mérföldkövét ismerik el, és a láncolat ismerete nélkül az eredmények nemigen értékelhetők. Ebben az írásban az eredményeket ilyen láncolatok keretében mutatjuk be. 

A múlt század elején általánosan elfogadták, hogy az elektromos vezetők ellenállása függ a hőmérséklettől, és az atomok – hőmozgásuk réven – ütköznek az elektronokkal, így gátolják egyirányú mozgásukat. Kamerling Onnes a hélium cseppfolyósításával lehetővé tette az ellenállás vizsgálatát abszolút zérus fok (–273 °C) közelében, és 1911-ben azt találta, hogy a higany egy határozott, ún. Tc kritikus hőmérséklet alá hűtve hirtelen teljes mértékben elveszti az ellenállását, azaz szupravezetővé válik – számos más fémhez hasonlóan, ahogy a későbbi kísérletek mutatták (Nobel-díj, 1913; 1. ábra). A jelenség iránti érdeklődést tovább fokozta Meissner eredménye: amikor a mágneses térben lehűtött fém szupravezetővé válik, kitaszítja magából a mágneses teret, miközben a felület közvetlen közelében szupravezető áram indukálódik, és a mágneses tér a felülettől távolabb, a minta belsejében zérus (2. ábra). A fenti jelenségek magyarázata évtizedekig váratott magára annak ellenére, hogy a legkiválóbb elméleti fizikusok törekedtek a rejtély megoldására. A jelenségkör tovább bővült, amikor Kapitza 1938-ban megfigyelte, hogy alacsony hőmérsékleten a hélium- (He-) folyadék elveszti viszkozitását, és egy csőben ellenállásmentesen áramlik (Nobel-díj, 1978). A négyes relatív atomtömegű hélium (4He) viselkedését a Bose–Einstein-kondenzációval magyarázták; az áramlás elméletének részleteit Landau dolgozta ki (Nobel-díj, 1962). 

1. ábra. A normál fém és a szupravezető elektromos ellenállása a hőmérséklet függvényében

2. ábra. A mágneses erővonalak a mágneses térbe helyezett szupravezető gömb körül,a kritikus hőmérséklet felett és alatt

Itt ki kell térnünk a Bose- és Fermi-részecskék közti különbségre. A részecske lehet például elektron, proton és neutron, más elemi részecske, illetve összetett képződmény, például atom. A kvantumelmélet szerint a részecskék hullámként is viselkednek, a hullámot az ún. hullámfüggvény írja le. A térbeli mozgáson kívül a részecskének lehet egy további jellemzője, a spinje. Az elektronnak, protonnak, neutronnak – létéből fakadóan – van perdülete, amely egy kis állandó mágnesességgel is párosul. A spint a kvantummechanika jellegzetes skáláján (Planck-állandó) mérhetjük, és ezen egységben egész számokkal vagy azoktól féllel eltérő törtszámokkal jellemezhetjük. Az elektronnak, a protonnak, a neutronnak feles a spinje. Ha a feles spinű részecske (S=1/2) spinjének egy adott irányra való vetületét mérjük, akkor a kvantumelmélet szerint 1/2, illetve –1/2 lehet, kizárva minden más értéket, míg az egész spinű (S=1) esetben 1, 0, –1 értéket vehet fel. Az egész spinnel rendelkező részecskét Bose-részecskének nevezzük. Tetszőlegesen sok Bose-részecske pontosan ugyanazt a hullámmozgást végezheti, vagyis azonos hullámfüggvénnyel rendelkezhet. A Bose-kondenzáción a hélium 4He-izotópjának (3. ábra) folyékony állapota esetében azt értjük, hogy a részecskék – most a héliumatomok – véges hányada pontosan ugyanazt a mozgást végzi, azaz hullámfüggvényük azonos (4. ábra). A 4He-atomban levő két elektron, két-két proton, illetve neutron spinjének a vetülete az ellentétes spinállások miatt zérus. A 4He-atom tehát Bose-részecske, azaz bozon. Ezzel szemben például a feles spinű (S=1/2) részecskék esetében, amelyeket fermionoknak nevezünk, csupán két részecskének lehet azonos hullámmozgása, és spinvetületüknek akkor is ellentétesnek kell lennie (1/2 és –1/2). A 4He Bose-folyadékban a szuperfolyékony állapotot az atomok véges hányadának azonos hullámmozgása, illetve hullámfüggvénye jellemzi. A hullámfüggvény fogalmát annak idején egyes részecskék mozgásának leírására vezették be, ezzel szemben itt a véges sűrűségű folyadék kollektív, makroszkopikus mozgását jellemzi. Tehát a hullámfüggvény eredeti szerepéből (mikroszkopikus leírás) kilépve válik a makroszkopikus áramlás jellemzőjévé. A 4He szuperfolyékonyságának megértéséhez ez a szerepváltás a kulcs. 


3.  ábra. A He-atom két izotópja, a  4He és 3He atommagjai, amelyek teljes spinjeS=0, illetve S=1/2. Emiatt az izotópok atomjai Bose-, illetve Fermi-részecskeként
viselkednek
 


4. ábra. A szuperfolyékony 4He-folyadék áramlása a kondenzációban részt vevő (üreskör), illetve az abból kimaradó, rendezetlen mozgást végző (fekete pont) atomokkal. A nyilak a mozgás irányát jelölik

A fentiek alapján az elektronok szupravezetésének kézenfekvő magyarázata lehetne, ha az elektronok véges hányada azonos hullámmozgást végezne, de mivel az elektron Fermi-részecske, ez lehetetlen. Ezzel a ténnyel minden fizikushallgató tanulmányainak elején megismerkedik. Ennek merőben ellentmondva Landau és Ginzburg egy közös dolgozatban, 1950-ben, azt a vakmerő és a józan tudással szemben álló feltevést tette, hogy a szupravezetésben részt vevő elektronok döntő hányada azonos hullámmozgást végez. Ezt a dolgozatot a legtöbb folyóirat valószínűleg nem fogadta volna el, de – vélhetően Landau határtalan tekintélye miatt – a Szovjetunióban közölték. A cél egy jelenségkör leírása volt anélkül, hogy rávilágítottak volna, milyen képződmények végzik a közös hullámmozgást. Az eredeti dolgozatban, homályosan megfogalmazva, az ún. szupravezető elektronok effektív hullámfüggvénye kifejezést találjuk, töltésük ugyanakkor egyetlen elektron töltése – mondhatnánk, fából vaskarika. Az utóbbiról később kiderült, hogy a valóságban más a helyzet. Az elmélet iskolapéldája annak, hogy egy zseniális kutató sejtése és intuíciója mellőzheti a józan észt a kutatás egy közbenső fázisában. Egy-két éven belül már világossá vált a kísérleti kutatások során, hogy bizonyos szupravezetőkben, a mágneses terek erősségének egy tartományában (Hc1<H<Hc2) a tér behatolhat a minta belsejébe, míg Hc1 alatt a mintában a mágneses tér zérus, Hc2 felett pedig a szupravezetés megszűnik. Erre a tényre Zavaritzkij fiatal kísérleti fizikus hívta fel egyetemi szobatársának, Abrikoszovnak a figyelmét. A Ginzburg és Landau által javasolt elmélet vonzó vonása az volt, hogy mágneses térben a szupravezető és normál (nem szupravezető) tulajdonságot mutató térbeli tartományok egymás melletti kialakulása a mintában csökkentheti az energiát, tehát például a szupravezető és a normál tartományokból felépített rétegszerkezet az energia szempontjából előnyös, és a mágneses tér a normál tartományok mentén hatol be a mintába. Érdekes megjegyezni, hogy ezt a lehetőséget Ginzburg és Landau – mint nem fizikai esetet – elvetette. Zavaritzkij és Abrikoszov volt az első, aki – a kísérleti adatok birtokában – ennek a jelentőségét felismerte. Sokan kétkedéssel fogadták a javasolt, de sokáig egészében megalapozatlan elméletet, amit csak fokozott, hogy a kísérletekkel való egyezés sem volt tökéletes. Ezért 1953-ban Abrikoszov a javasolt elmélet alapján elvetette a rétegszerkezetet és egy merőben új térbeli elrendezést javasolt. A külső mágneses térben a mágneses tér a csőszerű, normál anyag mentén hatol be, a csövektől távolabb az anyag szupravezető (5. ábra). A szupravezetőből a teret a csövek körül keringő szupravezető áram taszítja ki a szupravezető tartományból. A csöves képződmény valójában hasonlít a folyókban fellépő örvényhez, ahol az örvény magja a normál tartomány, és ezt körülfogja az elektronok áramlása. A kísérletekkel való összevetés ígéretes volta ellenére maga Landau sem ismerte fel a felfedezés jelentőségét és ezzel magyarázható, hogy az eredmények dolgozat formájában csak 1957-ben, négy év elmúltával jelentek meg. 



5. ábra. A másodfajú szupravezetők örvénycsövei. Felső ábra: az örvény szerkezete,középső ábra: az örvények elhelyezkedése egy szupravezető korongban, alsó ábra: a szupravezető NbSe2-kristályról speciális módon készített felvétel, amelyen az örvények helyét a fehér foltok jelzik. Az örvények elhelyezkedése háromszögrács

Ezen idő alatt viszont áttörés következett be a szupravezetés megértésében. Bardeen, Cooper és Schrieffer (BCS) megoldották a fent már vázolt talányt. A szupravezető anyagban az atomi ráccsal való kölcsönhatás eredményeként az elektronok döntő többsége párokba, ún. Cooper-párokba rendeződik, amelyeknek az akkor utolsó éves egyetemista, Cooper a névadójuk (6. ábra). A párok tömegközéppontja azonos hullámmozgást végez. A párt ellentétes spinvetületű elektronok alkotják. A középpont körüli mozgás során – minden spinállás esetén – az egyedi elektronok mozgása különböző. Így az elektronok nem sértik meg a Fermi-részecskékre érvényes tiltást, amely szerint azonos mozgást csak két elektron végezhet, de azok is csak ellentétes spinállással. Amikor Abrikoszov cikke megjelent, akkor – ezek szerint – már ismert volt, hogy a Ginzburg és Landau által feltételezett közös hullámmozgás csupán a párok középpontjára vonatkozik, és a pár töltése két elektrontöltés, szemben az eredeti feltételezéssel. Abrikoszov dolgozata tehát a BCS-elmélet után – most már megalapozott fogalmakat maga mögött tudva – jelent meg 1957-ben. A dolgozat publikálásában meg kell említeni egy további mozzanatot is: az örvények megjelenésének elfogadtatását könnyebbé tette, hogy Feynman (Nobel-díj, 1965; más jellegű eredményekért) örvényeket javasolt a 4He szuperfolyékony állapotában. Matematikailag a Ginzburg–Landau-elméletet Gorkov vezette le, és ezért szerepelt Abrikoszov és Ginzburg neve mellett harmadikként a Nobel-díjra való felterjesztésekben. 


6. ábra. Az ellentétes spinű elektronok a Cooper-párban

Az örvényeket tartalmazó szupravezetőket, amelyek lehetnek fémes ötvözetek vagy más, bonyolultabb felépítésű kristályok (pl. kerámiák), másodfajú szupravezetőknek nevezik, szemben a korábban ismert, a mágneses teret egészében kitaszító tiszta fémekkel, az ún. elsőfajúakkal. Az ismert másodfajú szupravezető anyagok száma – az összetétel által nyújtott korlátlan lehetőségek következtében – szinte napról napra nő. 

Mindenki számára világos volt, hogy Bardeen, Cooper és Schrieffer Nobel-díjat érdemel. A Nobel-díj odaítélése bonyodalomba ütközött, ugyanis Bardeent a tranzisztor felfedezéséért már korábban kitüntették (1956), és az akkori szabályok szerint egyazon szakmában csak egyszer lehetett valakit díjazni. Így Bardeen fiatal munkatársai (Schrieffer még egyetemista volt) reményt vesztve várakozhattak a feltétlenül megérdemelt díjra. Nem sokkal később a szintén egyetemista Josephson egy mindenkit meglepő, nagy horderejű felfedezést tett ugyancsak ezen a területen, ami szintúgy díjat érdemelt. Bevett szokás, hogy ha valamely felfedezés egyértelműen egy korábbira alapul, akkor a díjat csak a korábbi díjazása után ítélik oda. Végül – a várakozók sorát látva – a Nobel-díj-bizottság megváltoztatta a korábbi szabályt, és a szóban forgó díjakat 1972-ben Bardeen, Cooper és Schrieffer, 1973-ban Giaver és Josephson kapta meg, akikhez Esaki társult a félvezető alagútdiódák felfedezéséért. 

Abrikoszov dolgozata diadalutat járt be. Az örvények rácsba rendezését láthatóvá tették. A szupravezető felületére mágneses anyagból készített port szórtak, és ekkor a mágneses térben az örvény mágnesmagja láthatóvá vált – hasonlóan ahhoz, ahogy egy állandó mágnes erővonalait bemutatják az iskolában. A megfigyelt rács háromszögrács (5. ábra), noha az eredeti dolgozatban matematikai hiba miatt négyszögrács szerepelt. Az azóta előállított másodfajú szupravezetők közül számosban a Hc2 kritikus tér igen magas lehet, így az ilyen anyag rendkívül jól alkalmazható nagy mágnesek huzaljaiként. A huzalgyártás technológiájának legfontosabb eleme a szándékosan nem tökéletes szerkezetű anyag előállítása, amelyben a hibák az örvények mozgását megakadályozzák. Ugyanis az áramra a mágneses tér erővel hat, aminek ellenhatásaként az örvény is mozogni kezd. A mozgó örvény magjában – a mágneses tér változása következtében – viszont elektromos tér indukálódik, és így ohmos veszteség áll elő. A göröngyös utat bejárt felfedezés nemcsak a kutatás területén váltotta be a reményeket, hanem a széles körű alkalmazás is minden várakozást felülmúlt. A minimális energiaveszteségű mágnesek helyettesíthetik a nagy terű hagyományos elektromágneseket, amelyek használata – a nagy energiafelhasználás miatt – nagyon drága. Az alacsony hőmérséklet fenntartása mérsékelten költséges, ezért olyan szupravezető huzalokra lenne szükség, amelyek hűtéséhez nem kell cseppfolyós héliumot használni, hanem a cseppfolyós levegő is elegendő. Az ilyen anyagok a magas hőmérsékletű szupravezetők felfedezése után (Bednorz és Alex Müller; Nobel-díj, 1987) elérhetővé váltak, de a várakozások ellenére alkalmazási körük rendkívül szűk az anyagok előállítása során felbukkant nehézségek miatt. A másodfajú szupravezetőkből készült mágnesek alkalmazása szinte korlátlan. Ezeket az anyagokat felhasználják például a kutatásban, a sok kilométer átmérőjű részecskegyorsítókban és az NMR- (mágneses magrezonancia-) tomográfiában, amely lehetővé teszi az élő emberi testben a daganatok pontos felismerését. Az a vonat, amelyet mágnesekkel lebegtetnek a pálya felett, a próbapályán már elérte az 550 km/óra sebességet. Éppen idén az NMR-tomográfiák kifejlesztéséért adtak orvosi Nobel-díjat1. Ha az energiatermelő fúziós reaktorokat sikerül megvalósítani, akkor a plazmát összetartó szupravezető mágnesek az energiaipar nélkülözhetetlen eszközei lesznek. 


7. ábra. Diódák, amelyekben a két fémet vékony oxidréteg választja el. Felső ábra:két normál fémből felépített dióda és annak áram-feszültség görbéje, amely
követi az Ohm-törvényt; középső ábra: normál fémből és szupravezetőből készítettdióda az áram-feszültség karakterisztikával; alsó ábra: két szupravezetőből álló dióda a Cooper-párok Josephson-átmenetével. Az áram zérus feszültségnél is folyhat

Josephson felfedezését is ismertetni kell röviden, mert Leggett munkássága részben erre épül. A BCS-elmélet szerint a Cooper-pároknak kötési energiájuk van, azaz energiabefektetés szükséges ahhoz, hogy az azonos módon mozgó Cooper-párok egyikét feltörjük, és így a keletkezett két elektron szabadon mozoghasson. A szupravezető állapot végtelen vezetőképességének záloga pontosan az a (véges) energia, amely ahhoz szükséges, hogy az elektronokat a közös szupravezetést előidéző mozgásból kiszabadítsuk. Giaver – még doktorátusának megszerzése előtt – merész ötlettel állt elő 1960-ban. Legyen két fém között egy vékony szigetelőréteg (pl. oxid), amelyen keresztül – a klasszikus fizika törvényei szerint – az elektronok nem tudnak átjutni. Az áthaladásra csupán a kvantummechanikából ismert alagúteffektus ad lehetőséget. Így – a két fémet diódának tekintve – feszültség hatására igen gyenge áram folyik (7. ábra). Giaver egy normál fémből és egy szupravezetőből felépített dióda esetén azzal érvelt, hogy a normál fémből elinduló elektron önmagában nem tud Cooper-párt képezni a másik oldalon, így annak többletenergiára van szüksége a szupravezetőben. Ezt az energiát csak a diódára adott feszültségből nyerheti. A dióda áram-feszültség karakterisztikájában ez az energia mint minimális küszöbfeszültség jelenik meg. Így a Cooper-párok kötési energiája közvetlenül mérhető. Josephson ehhez a képhez egy még merészebb ötlettel áll elő 1962-ben, miközben Anderson (Nobel-díj, 1977) egyetemi előadásait hallgatta. Josephson arra hívta fel a figyelmet, hogy két szupravezető esetén – ha a dióda egyik oldaláról két elektron jut át – az egyik szupravezetőből egy Cooper-pár átmehet a másikba, ahol ismét Cooper-párt képez. Ehhez most nem kell többletenergia, illetve ráadott feszültség. Az áram értékét a két oldal szupravezetői közötti fáziskülönbség, jbjj szabja meg. Ugyanis a szupravezető párok mozgását nem csupán a térbeli mozgás alakja határozza meg, hanem a mozgáshoz egy fázist is hozzá kell rendelni (ez a komplex kvantummechanikai hullámfüggvény fázisa). Josephson azt találta, hogy az áram sin(jbjj)-vel arányos, azaz feszültségkülönbség nélkül folyhat áram, és ez akkor a legerősebb, amikor a két fázis p/2-vel különbözik (jbjjp/2). Elméletét egy tömör, négyoldalas cikkben tette közzé, amely később a Nobel-díját jelentette, bár az akkori szabályok szerint ő is csatlakozott a várakozókhoz. Josephson felfedezésének jelentőségét csak növeli, hogy a róla elnevezett dióda lehetőséget adott egy, a gyenge mágneses terek mérésére szolgáló eszköz kifejlesztéséhez, amellyel például kimutathatók az emberi agyban folyó áramok. 

A harmadik kitüntetett, Tony Leggett a szuperfolyékonyság területén érte el az elismerést kiváltó eredményeit. Korábban már említettük a 4He szuperfolyékonyságát. Számos kutató felismerte, hogy kell léteznie egy ettől különböző szuperfolyékonyságnak is, amely a hélium 3He-izotópjából álló folyadékban lép fel, ahol az atom magjában eggyel kevesebb neutron van. A páratlan számú részecske miatt a 3He spinje 1/2, így Fermi-statisztikát követ. Ekkor kézenfekvő a korábbi analógia, amely szerint a BCS-elméletben elektronpárok helyett 3He-atompárok alkotják a szuperfolyékony folyadékot. Az atompárok felfedezése sokáig váratott magára, mert a szuperfolyékonyság csak akkor lép fel, ha az abszolút zérus hőmérsékletet csaknem egyezred foknyi pontossággal közelítik meg. A kutatóknak évtizedekre volt szükségük, amíg ezt a hőmérsékletet előállították. A párok szerkezete bonyolultabb, hiszen a pár tagjai 3He-atomok, amelyek nem lehetnek túl közel egymáshoz. Így a kvantumelmélet alapján világossá vált, hogy a két 3He-atom spinje a párban összeadódik, azaz S=1. Ez a tény az elméletet igen bonyolulttá teszi. A párok szerkezetére két, alapvetően különböző javaslat született, amely Anderson, Brinkman és Morel (Anderson a mágneses kutatásért 1977-ben kapott Nobel-díjat), illetve Balian és Werthamer nevéhez fűződik. Ezek a szerkezetek a nyomás változtatásával egyaránt megvalósulnak; összességüket A, illetve B fázisnak nevezik. A felfedezésükért folyó versenyben David Lee, Osheroff és Richardson lett az első 1972-ben (Nobel-díj, 1996). A bonyolult, 18 mennyiséggel jellemezhető állapotok kísérleti feltérképezése igen komoly elméleti megalapozást igényelt, amelyet a fent említett két állapotra Leggett dolgozott ki. Az ő nevéhez fűződik a spin és a pályamozgás összekapcsolása, amelyben Josephson korábban említett elmélete is szerepet játszik. 


8. ábra. Párok a szuperfolyékony 3He A fázisában: a parallel spinek aránya a térbenrögzített; a párok forgást végeznek, a parallel spinek egy adott irányra merőlegesen helyezkednek el

A kvantummechanika alapján világos volt, hogy a két párhuzamos beállású spinnel rendelkező 3He-atomnak szükségképpen keringenie kell egymás körül, szemben a BCS-elméletben szereplő Cooper-párokkal. A teljes rendszer perdületét (impulzusmomentum) a spinek és a térbeli forgómozgás szolgáltatja. A szuperfolyékony állapotban a spinek és a forgómozgás síkjai egyaránt rendeződnek. Ez a rendeződés különböző a két megvalósulási formában (fázisban). A két mennyiség csak igen gyengén, a spinek és pályák közötti kölcsönhatás útján csatolódik. A jelen esetben ez a spinekkel összenőtt kis mágnesek (dipólok) közötti kölcsönhatás, amely erősen függ viszonylagos térbeli helyzetüktől. Ez szabja meg a spinek és a forgómozgás síkjainak viszonylagos beállását. Ennek a beállási szögnek a meghatározása Leggett nevéhez fűződik. Az A fázis párjai a 8. ábrán láthatóak. A B fázisban a párok olyan bonyolult módon adódnak a BCS-elmélet párjaiból, hogy ismertetésüktől el kell tekintenünk. Az A fázis (Anderson, Brinkman, Morel) kimutatása Josephson felfedezéséhez kapcsolódik. Leggett szerint a felfelé, illetve lefelé álló spinű párok sokasága, valamint a dióda bal és jobb oldalának Cooper-párjai között erős hasonlatosság van, mert a párok egyaránt külön-külön szupravezető állapotban vannak és közöttük a közlekedés igen gyenge (9. ábra). Tehát a jelen esetben a két (felfelé, ill. lefelé spinállással rendelkező) szupravezető nincs térben elválasztva, mint a dióda esetén, hanem egyazon térfogatban foglal helyet. A szuperfolyékony folyadék ezen két összetevőjének hullámfüggvénye különböző fázissal rendelkezik, és Josephson nyomán a fáziskülönbség határozza meg az egyik folyadékból a másikba irányuló, igen gyenge átáramlást. Ehhez az átmenethez ugyanúgy nem szükséges energiabefektetés, mint a Josephson-effektus esetében. Mágneses térben viszont a felfelé és lefelé álló spinű párok energiája mágnességük következtében felhasad. A kétfajta pár között átmenet valósítható meg rádiófrekvenciás tér besugárzásával (NMR), hasonlóan ahhoz, ahogy az atomi nívók között átmenet játszódik le fény hatására. 


9. ábra. A szuperfolyékony 3He A fázisa egy kitüntetett térbeli iránnyal; a párok spinjeivagy ebbe, vagy az ellenkező irányba mutatnak. A párok spinjeinek átfordulását vagy a dipól-dipól kölcsönhatás, vagy a külső rádiófrekvenciás besugárzás okozza

A 3He szuperfolyékonyságának kísérleti felfedezéséért és a Leggett elméleti munkásságáért adott Nobel-díjakat nem a széles körű alkalmazás indokolja, hanem az a hihetetlenül nagy elvi érdeklődés, amely a szuperfolyékonyság tárházának teljessé tételére irányult. A kísérleti felfedezés elősegítésében és annak értelmezésében Leggett érdemei vitathatatlanok, és ha csupán két kísérleti fizikus vett volna részt a felfedezésben, akkor valószínűleg Leggettet díjazták volna harmadikként. 

Ezt valószínűleg Leggett is így érezte, amit alátámaszt 1996-os karácsonyi üdvözlőlapja, ahol ez olvasható: "Valószínűleg svéd bélyeg lesz a borítékon, mert Stockholmból írom, ahol hármunk egy hetet tölt a Nobel-díj-ünnepségen mint az 1996. évi Nobel-kitüntetettek vendége. Az ünnepség nagyon élvezetes volt, de még a vendégek számára is kimerítő programot látva nem vagyok teljesen biztos abban, hogy akarnék Nobel-díjat nyerni, még ha kaphatnék is." 

A teljesség kedvéért idekívánkozik, hogy a 4He-atomokon kívül már több más esetben is sikerült a Bose-kondenzációt előállítani és megfigyelni, amiért Cornellnek, Ketterlének és Wiemannek ítélték oda a díjat (Nobel-díj, 2001). 

A fentiekből úgy tűnhet, hogy mivel az elmondottak bizonyos sajátos tulajdonságokat mutató folyadékokra vonatkoznak, a kvantumfizika jól körülhatárolt fejezetét képezik. A helyzet merőben más. A szupravezetők, illetve a szuperfolyékony folyadékok elméletének kidolgozása előtt általánosan elfogadott közhiedelem volt, hogy a kvantummechanika fogalomtára egyes részecskékre vonatkozik, és nem jut közvetlen szerephez, ha kézzel fogható, ún. makroszkopikus méretű anyagot kívánunk a klasszikus fizika tanítása szerint leírni. A szuperfolyékonyság, de különösképpen a szupravezetés nem várt ajándékban részesítette a kvantumelméletet, ugyanis nyilvánvalóvá vált, hogy a kvantumelmélet fogalmai (hullámfüggvény, fázis) kézzel fogható méretű anyag együttes jellemzésére, leírására is alkalmas; így például a Josephson-átmenetnél a fáziskülönbség volt- és ampermérő segítségével tanulmányozható. A makroszkopikus méretekben szerephez jutó kvantumelmélet a modern fizika forradalmát jelentette, amikor fogalmai a mikrovilágból átléptek a makrovilágba, és ugyanakkor megtermékenyítően hatottak az elemi részek elméletére is. 

Remélem, a fentiekből kiviláglik, hogy a Nobel-díj odaítélése sokszor milyen zegzugos szövevény, az elismerés gyakran évtizedekig késik, de Ginzburg és Abrikoszov esetében a durván ötven év távlata csaknem példa nélküli. 


Néhány személyes élmény

Ginzburg a Lebegyev Intézetben száz-kétszáz fős szemináriumot vezetett, amelyen a  legkülönbözőbb témák fordultak elő. Mindenkit ismert. Harsány hangjával betöltötte a termet, mikrofonra sohasem volt szüksége. Dolgozataiban nem találtam sok technikai részletet, csak a lényeg érdekelte. Utoljára akkor beszélgettem vele, amikor egy másik orosz fizikussal betértünk a nyaralójába (azon a telepen, ahol az akadémikusok töltik szabadságuk egy részét). Ömlött az eső, és néhány napja szünetelt az áramszolgáltatás, így dideregve, nagy bőrkabátban üldögélt a sötétben. Legfőbb problémája az volt, mit lehetne tenni annak érdekében, hogy a tehetséges fiatal fizikusok ne legyenek vallásosak. 

 Abrikosov nagyapja Moszkva legismertebb csokoládégyárosa volt, apja pedig a forradalom utáni idők egyik leghíresebb orvosa. Így nem csoda, hogy Abrikosov azon kevés orosz fizikus egyike, aki több idegen nyelvet beszél folyékonyan fiatal kora óta. Rendkívül közlékeny, mindig kész arra, hogy valamilyen történetet – minden részletre figyelmet fordítva – előadjon, ahogy az orosz klasszikusoktól tanulta. Minden érdekli, korábban szenvedélyes mozirajongó volt, s ebben az sem gátolta, ha az adott nyelvet történetesen nem ismerte. Komoly hegymászóként is tekintélyt szerzett. 

Több hónapot töltött Budapesten. Felfedező körútjai elvezették a katolikus templomokba is, ahol egyszer figyelemmel végighallgatott egy prédikációt. Esztergomba kirándulva Szentendrén meglátta és fejbiccentéssel köszöntötte az illető papot, aki véletlenül ugyanakkor saját vendégét kísérte. Az útmenti csárdában, ahol ebédeltünk, ismét véletlenül találkoztunk. Már üdvözölték egymást, majd a Keresztény Múzeumban újra egymásra találva hosszasan elbeszélgettek, és Abrikosov azzal a hírrel lepett meg minket, hogy beszélgetőtársa az egyik legtekintélyesebb egyházi méltóság várományosa. 
Hihetetlen munkabírású és tudományos munkái is minden részletre kiterjednek. 


"A késői házasság általában nagyon sikeres" – írja Alekszej Abrikoszov
 


 "Valószínűleg svéd bélyeg lesz a borítékon..." (részlet Tony Leggett leveléből)

Tony Leggett rendkívül barátságos, szintén nagy teherbírású. Szomszédja arról panaszkodik, hogy ha reggeli közben átnéz az ablakon, Tony már dolgozik. 
Egyszer Urbanában olyan egyetemistákat tanítottam, akik az ő diákjai voltak az előző félévben. Félve megkérdeztem, nem volt-e problémájuk az akcentusommal. – Nem, mi Tony Leggettet is hallgattuk – mondták. 
– Értették? 
– Nem, egy szót sem. 
– De hiszen ő angol. 
– De hadar. 
– Akkor hogyan követték az előadást? 
– Megkértük, hogy írásban adja oda a szöveget. 
  Gondolva Tony apró betűire (levelezőlapjait otthon gyakran nagyítóval a kézben olvastuk), csodálkozva megkérdeztem, hogy ez segített-e. – Nem – válaszolták –, de megkértük, hogy inkább gépelje le. Szó nélkül legépelte, és a szöveget minden előadása előtt kiosztotta. 


Leggett a táblánál


Természet Világa, 135. évfolyam, 3. szám, 2004. március 
http://www.chemonet.hu/TermVil/ 
http://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/