Страница 90 из 93
Раби, как и его старшему и более опытному приятелю Ральфу Кронигу, подход Шрёдингера был ближе, и они вместе решили посмотреть, что из него следует. Если Шрёдингер рассчитал разрешенные энергетические состояния только для атомов, то Раби и Крониг желали испробовать новый метод на молекулах. Первым делом они взялись за молекулы, которые (по геометрическим соображениям) относят к так называемым симметрическим волчкам. Они сформулировали свою задачу в терминах Шрёдингера и обнаружили, что имеют дело с уравнением, какое им прежде не встречалось, и не знают, как его решить. Трое коллег, к которым они обратились за помощью, признали свое бессилие.
Раби любил спрятаться от обременительной каждодневной рутины в таком безмятежном и умиротворяющем месте, как библиотека. Он очень много тогда работал — читал лекций (25 часов в неделю) в Городском колледже Нью-Йорка, дописывал диссертацию, следил за последними достижениями в квантовой механике и вместе с Кронигом бился над их общей квантовомеханической задачей. Как-то он все-таки вырвался из этой суеты и теперь сидел в библиотеке и читал ради собственного удовольствия труды Карла Густава Якоба Якоби, знаменитого немецкого математика XIX столетия. Раби листал страницу за страницей, и вдруг ему почудилось, что одно уравнение подпрыгнуло на бумаге. “Боже мой! — подумал он. — Да это же то, что нам нужно!” Кроме того, оказалось, Якоби отыскал способ его решения. Стоило им воспользоваться — и мы получили ответ нашей нерешаемой задачи.
В итоге было показано, что молекулам типа симметрического волчка доступны только некоторые из возможных энергетических состояний. Этот результат перевернул всю молекулярную спектроскопию.
Rigden John S., Rabi: Scientist and Citizen (Basic Books, New York, 1987).
Как сбить гончих со следа
Сверхпроводимость, это удивительное свойство некоторых материалов терять электрическое сопротивление при определенных (очень низких) температурах, была открыта в 1911 году в Нидерландах Хайке Каммерлинг-Оннесом, его даже прозвали “господин Абсолютный Нуль”. Каммерлинг-Оннес посвятил свою жизнь делу достижения низких температур и сумел сжижить гелий, точку кипения которого, как он обнаружил, от абсолютного нуля отделяют всего 4,2 градуса. Собственно абсолютный нуль, то есть температура, при которой движение молекул (в первом приближении) прекращается, — это -273,15 градуса Цельсия. Его обозначают как 0К (ноль градусов Кельвина) и от этой точки отсчитывают абсолютные температуры.
Камерлинг-Оннес и его студенты в Лейдене решили посмотреть, как меняются электрические свойства различных веществ при снижении температуры вплоть до точки кипения гелия. Ожидалось, что сопротивление металлов будет уменьшаться, но результат ошеломил всех: где-то вблизи точки кипения гелия сопротивление падало скачком до ничтожно малой величины, которую приборы даже не могли измерить! По сути, сопротивление металлов становилось нулевым, и при такой температуре ток мог бы циркулировать по замкнутому контуру вечно. Физики ломали голову над этим феноменом большую часть XX века. Чтобы объяснить его, понадобилось не одно десятилетие упорного труда. Заодно начались поиски материалов, которые будут вести себя как сверхпроводники при более высоких температурах: технологические возможности, которые замаячили перед физиками, кружили головы…
Теория сверхпроводимости подготовила почву для целенаправленных поисков. В 1985 году двое ученых из Швейцарии изготовили металл-оксидный керамический материал, который становился сверхпроводником при температуре ниже отметки в 35К. Публикация статьи с полученными результатами (которые в 1987 году принесли им Нобелевскую премию) спровоцировала бешеную гонку за материалами с еще более высокой критической температурой, и в гонку эту включились университетские и заводские лаборатории во всем мире. Всем ее участникам так хотелось прославиться, получить патент и разбогатеть!
Одним из самых решительных охотников за сверхпроводниками был Пол Чу, профессор физики в Университете Хьюстона. К1987 гсщу он со своими аспирантами уже изготовил и испытал огромное множество разных смесей. Наконец их старания увенчались успехом: найденный ими материал становится сверхпроводником уже при 90К. Это был заметный шаг вперед.
Но тут возникла серьезная проблема: как опубликовать результаты и при этом не раскрыть перед конкурентами секрет состава? Срочные сообщения у физиков принято отправлять в журнал Physical Review Letters. Как и у других уважаемых журналов, здесь была в ходу система “рецензирования равными” (peer-review): другими словами, перед публикацией статью оценивали редактор и два рецензента — специалисты в той же области. Но в физике сверхпроводимости работало не так много ученых уровня Чу, и с большой вероятностью они могли бы оказаться его конкурентами. В мире науки считается, что воспользоваться еще не опубликованной статьей в своих целях — верх непорядочности для рецензента. Но тут ставки были как никогда высоки, и Чу серьезно рисковал. Он позвонил редактору журнала и спросил позволения опубликовать свое сообщение без явного описания сверхпроводника. Редактор, как и следовало ожидать, ему отказал, поэтому в журнал отправилась статья с исчерпывающим (как можно было решить) описанием вещества, которую, разумеется, приняли к публикации. Через короткое время Чу провел пресс-конференцию, где объявил об открытии, не выдавая состав материала, а Университет Хьюстона тем временем готовил заявку на патент.
Сообщество физиков тут же охватило волнение, и в лабораториях по всему миру терялись в догадках, из чего же состоит материал Чу. Фотография в журнале Time изображала Чу с куском зеленоватого вещества в руках. Зеленый цвет мог означать, что в нем присутствует никель, но это был ложный след. Распространился слух, что загадочный компонент — иттербий (элемент из числа лантанидов, или “редких земель” — группы металлов с довольно похожими свойствами). Но, как оказалось, и он подходит не лучше никеля. В рукописи, отправленной Чу в журнал, фигурировали только химические символы элементов — Yb, Ва, Сu, — но не их названия (иттербий, барий и медь). Повторить результат Чу и его ассистентов было просто, вот только в лабораториях, где это попробовали сделать, никакой сверхпроводимости обнаружено не было.
Так на поверхность всплыла весьма постыдная история.
Своим названием иттербий обязан “деревне четырех элементов” — это Итгербю в Швеции, где в конце XVIII века нашли неизвестную прежде рудную жилу. Минерал, которому дали название “иттербит”, содержит, как выяснилось позже, целых четыре элемента: все чрезвычайно похожи друг на друга и принадлежат к семейству редкоземельных металлов. Их назвали иттербием, тербием, эрбием и иттрием. Символ иттрия — Y, а иттербия — Yb. В сверхпроводнике Чу содержался иттрий, а вовсе не иттербий, как можно было заключить из статьи. Когда возмущенные собратья-физики обвинили его в обмане, Чу заявил, что злого умысла в подмене не было. Просто-напросто его секретарша впечатала Yb вместо Y всюду, где упоминается элемент — случайность, и только. Более того, поскольку секретарша, перепечатывая статью, думала о чем-то своем, девичьем, а Чу не пришло в голову тщательно проверить рукопись, она ошиблась и в пропорции элементов. В последний день перед тем, как журнал должен был уйти в печать, Чу, просмотрев гранки, позвонил в редакцию, чтобы исправить опечатки. Кое-кто из физиков, когда их об этом спросили, признался, что на месте Чу тоже пошел бы на обман, чтобы защитить свои права на открытие. Другие были менее расположены к прощению. Но, однако, худшим из всего этого была утечка информации о неверном “рецепте” Чу: слухи о том, что иттрий подменили иттербием, разумеется, тоже разошлись еще до того, как статья вышла.
Кто был виноват в утечке — секретарша Чу или кто-нибудь из редакции Physical Review Letters, — так и осталось неизвестным, но мораль этой истории ясна: когда ставки высоки, люди охотно идут на сделку с совестью. Многим из охотников за высокотемпературной (пусть речь и шла про -183˚С) сверхпроводимостью пришлось потом испытать горькое разочарование: иттербий, как оказалось позже, тоже способен образовывать высокотемпературный сверхпроводник, если только приготовить смесь правильным образом. Но особенно расстроилась одна группа исследователей — дело в том, что этим ученым удалось синтезировать “сверхпроводник Чу”, но они не стали даже проверять его на сверхпроводимость, поскольку анализ структуры выявил ее гетерогенность, а это прежде считали признаком неудачного синтеза.