Страница 14 из 55
Идея стала особенно привлекательной после того, как один из коллег Легетта, Дэвид Пайне, показал в 1992 году, что спиновые флуктуации действительно способны связать электроны в пары и даже противостоять разрушительному воздействию температурного нагрева. Один из важнейших моментов его гипотезы заключается в том, что пары возникают с другой формой симметрии — так называемой D-волной (см. рисунок). Если бы экспериментально удалось доказать, что для высокотемпературной сверхпроводимости реализуется именно D-волновая симметрия электронных пар, то идея получила бы колоссальную поддержку.
Эксперимент достаточно прост. Как и все квантовые частицы, электронные пары обладают волновыми свойствами. В S-волновом сверхпроводнике волна пары везде положительна, а в случае D-волны есть участки, где она отрицательна. Именно эту смену знака волны и планировал заметить Легетт в своем эксперименте. Для этой цели Дональд Гинсберг из университета штата Иллинойс вырастил кристалл высокотемпературного сверхпроводника не толще человеческого волоса, а по бокам его умудрился приладить десяток проводков и соединить их со сверхчувствительным измерителем магнитного поля. Первые же измерения показали, что распространяется D-волна.
Ван Харлиген, руководитель лаборатории, в которой трудятся Легетт и Пайне, говорил: «Эксперимент был предельно прост и нагляден. Некоторые противники нашей гипотезы повторяли его, чтобы доказать, что мы ошибаемся, но их измерения лишь подтверждали нашу правоту».
Почти сегодняшний день
Пока что эксперимент остается критерием истины в науке. После результатов 1993 года Пайне мгновенно стал главным экспертом в теории высокотемпературной сверхпроводимости. S-волновые теории постепенно отошли на задний план, а все остальные перестраивались так, чтобы согласовываться с D-волнами. Но не надо забывать, что эксперимент лишь обнаружил присутствие этих волн, но не показал, да и не мог показать, что их причина лежит в спиновых флуктуациях. Большинство экспертов сегодня верят в существование D-волн, но есть и другие гипотезы.
В январе 1997 года один из «отцов» высокотемпературной сверхпроводимости, Мюллер, опубликовал результаты исследований с кристаллом сверхпроводника, где атомы кислорода были заменены на его более тяжелый изотоп. Оказалось, что в этом случае масса электронных пар возрастает. А это означает, по мнению Мюллера, что атомы кислорода каким-то образом сами вовлекаются в пары. Во всяком случае, возникли сомнения в том, что пары устроены так просто, как полагали физики до сих пор, а в них есть такие экзотические структуры, как «поляроны». Их придумали еще в тридцатые годы будущий создатель водородной бомбы Теллер со своим молодым коллегой Яном.
Электроны в кристалле обычно занимают самое низкое по энергии положение — оно самое удобное и выгодное для них. Но иногда таких состояний оказывается два, и тогда на помощь электрону приходит сама кристаллическая решетка: она немного деформируется и чуть-чуть меняет энергии двух состояний электрона, делая одно более выгодным. Электрон как бы поляризует окружающую его решетку, поэтому такая взаимодействующая структура «электрон — атомы решетки» называется «поляроном». Они могут двигаться по кристаллу, как обычные частицы, перетаскивая за собой начальное возмущение решетки. Именно эти достаточно необычные объекты и считают Мюллер с коллегами ответственными за перенос заряда в высокотемпературных сверхпроводниках. Кейт Джонсон из Массачусетса отмечает, что в таком случае понятно, почему высокая температура не разрушает пару: колебания даже помогают атомам сместиться, чтобы возник «полярон». Но это еще только идеи, точных расчетов нет и специалисты относятся к работе Мюллера, как к наброску гипотезы.
А пока сторонники S-волн и D- волн все чаще встречаются, обсуждают свои проблемы и постепенно движутся к выводу, что истина может лежать где-то посредине. Может быть, реализуется не тот и не другой вариант симметрии, а какая-то их смесь. В принципе это возможно.
Историю допишет будущее?
Да, чаще всего истина оказывается сложнее, чем казалось на первый взгляд. Коллега Мюллера, Хьюго Келлер из Цюриха, пишет так: «Хоть я и сторонник идеи фононов (S- волна.— А. К.), но спиновые флуктуации нельзя игнорировать. Мы должны признать, что обе точки зрения равноправны и надо не выбирать между ними, а попытаться как- то скомбинировать их». Алан Бишоп из Лос-Аламоса полагает, что к двум этим структурам надо добавить еще и « полярон ы», и совмещать не два, а три взгляда, только тогда можно надеяться на достижение успеха. Но все сходятся в одном: до окончательного ответа далеко, надо работать и работать, может быть, новое тысячелетие принесет успех.
Что ж, придется, видимо, отложить исполнение мечты о повсеместном применении «волшебных» сверхпроводников. Соблазн, конечно, велик, но, как писал тот же У. Литтл в одной из статей: «Размышления относительно использования таких сверхпроводников будут читаться скорее как научно-фантастический роман, чем серьезные научные предположения».
Правда, природа может преподнести еще сюрприз, все-таки их время в науке не вышло. А вот в Северной Америке, не дожидаясь новых открытий, собираются прокладывать трансконтинентальный сверхпроводящий кабель.
История продолжается? •
ВО ВСЕМ МИРЕ
Рисунок Е Садовниковой
Сатурн почти не виден
Британский астрономический комплекс, призванный исследовать самые скрытые уголки мироздания, сам попал в черную полосу своего существования. Он находится на пороге открытой распродажи или сдачи в аренду. Вследствие финансового дефицита Королевские обсерватории в Эдинбурге и Гринвиче вынуждены приступить к «реализации» помещений, оборудования и земельных участков. То же самое ждет и удаленные от метрополии телескопы на Гавайях и Канарах. Исследовательский совет Британии по астрофизике утверждает, что Программа наземных исследований в их традиционном виде сегодня не может больше выполняться из-за сложных экономических условий. Четыре упомянутых центра астрономических наблюдений имеют штат около двухсот человек, и им необходимо всемерно сократить расходы. Особые нарекания вызывают монопольные права королевских по титулу учреждений на печать технических отчетов, заказы на оборудование и прочие льготы. Кроме того, они как ведущие органы ответственны за проектирование телескопов и других оптических инструментов, а также за содержание громадной библиотеки со справочно-библиографическим фондом и редкостной фотолаборатории объектов неба. А для коммерсантов синица в руках лучше журавля в небе.
ФОКУС
Александр Семенов
Сколько стоит все?
Звучит этот вопрос странно и хочется ответить капиталистическим акулам романтическими словами учительницы из фильма «Доживем до понедельника»: «Это все равно, что прикнопить солнечный зайчик».
Однако с годами романтика восприятия отходит на второй план, и начинаешь с глубоким уважением относиться к труду ученых (в основном из университетов США), посягнувших на такую глобальную задачу. Спонсировал исследование недавно созданный Национальный центр экологического анализа и синтеза из прекрасно знакомой российскому читателю Санта-Барбары.
Большинство природных явлений крайне сложно оценить — нет рынка и для каждого приходится придумывать индивидуальные методы. Бриллианты стоят гораздо дороже питьевой воды, но без них жить можно, а без воды нельзя. Для эколога стоимость — это абсолютно не главная характеристика предмета и явления. Для экономиста же — наоборот. Хотя слова «эколог» и «экономист» происходят от общего корня, их сегодняшние сферы деятельности далеко не всегда пересекаются, и авторам исследования пришлось много потрудиться для выработки единой системы ценностей и опенок.