Генрих Бурмин - Штурм абсолютного нуля

Летом 1961 года Нильс Бор посетил грузинский физический институт.

Семидесятипятилетний патриарх физики был под свежим впечатлением встречи в Москве со своим любимым учеником. Ландау с юношеской прытью первым подбежал к выходу с трапа самолета на Шереметьевском аэродроме, и Бору показалось, что перед ним не прославленный академик, а тот самый молодой человек, впервые переступивший порог его института в Копенгагене сорок лет тому назад, которого он встретил тогда своим традиционным приветствием: «Хорошо, что вы приехали! Мы у вас многому научимся».

Все дни, что Бор провел в Москве, он почти не расставался с Ландау. Двум корифеям современной физики предстояло обсудить немало проблем.

В Тбилиси Бор убедился в том, что и у грузинских физиков можно «многому научиться». Некоторые из проведенных здесь работ по экспериментальной и теоретической физике явились существенным вкладом в мировую науку.

Помнят здесь и об одном из основных «заветов» Ландау, относящемуся к сверхтекучему жидкому гелию.

Эта удивительная квантовая жидкость по — прежнему вызывает неослабеваемый интерес у физиков всего мира. Многочисленные теоретические и экспериментальные исследования способствуют все более глубокому пониманию ее свойств. Так, в течение последних двух десятилетий возникла новая наука: квантовая гидродинамика жидкого гелия.

Немаловажную роль в становлении этой науки сыграли ученые Института физики Академии наук Грузинской ССР.

За цикл работ по исследованию свойств вращающегося гелия II, начатых в Институте физических проблем, Андроникашвили был удостоен Государственной премии. Он и сотрудники его института продолжают интенсивное исследование этой замечательной квантовой жидкости.

Не случайно, именно в грузинском институте физики были проведены эксперименты, убедительно подтвердившие гипотезу сверхтекучести в недрах нейтронных звезд.

На этот раз перед экспериментаторами стояла задача исключительной сложности.

Грузинские ученые создали уникальную установку: модель пульсаров. В ней нейтронная жидкость моделируется сверхтекучим гелием, заполняющим сосуды различной формы. Сосуды подвешены на магнитной подвеске и могут совершать равномерное вращение. По воле экспериментаторов им сообщаются электрическими импульсами толчки, имитирующие различного рода возмущения, например, звездотрясение.

И вот небесное тело «препарируется» на лабораторном столе. Внутри вращающегося сосуда рождаются и исчезают незримые вихревые нити. Перо самописца автоматической электронной измерительной системы бесстрастно регистрирует изменение вращения далекого пульсара.

Разработчики установки отец и сын Дж. С. и С. Дж. Цакадзе вывели математические уравнения, описывающие сложные закономерности поведения модели. Когда в эти уравнения были подставлены значения параметров, характеризующих пульсары, то оказалось, что измерения на модели с достаточно высокой точностью соответствуют данным о пульсарах, известных из радиоастрономических наблюдений.

Проведенные исследования показали, что изменение периода пульсара может происходить двумя путями. Либо сначала ускоряется твердая оболочка пульсара (например, в результате звездотрясения), а затем вовлекается во вращение сверхтекучая жидкость. Либо в результате распада избыточной части вихрей ускоряется сверхтекучая жидкость с последующим ускорением твердой оболочки.

Практически наблюдаются оба типа ускорения.

В начале семидесятых годов радиоастрономы наблюдали «сбой» пульсара «Парус». Многие авторитетные ученые- астрофизики высказали предположение, что следующий скачок скорости этого пульсара должен произойти примерно через двести лет.

— Нет, — возразили тбилисские исследователи. — Очередной «сбой» пульсара «Парус» следует ожидать через два года.

Прогноз грузинских ученых оправдался с точностью до одного месяца!

После открытия сверхпроводимости ученые почти сразу представили, какие практические возможности сулит это явление.

Даже много лет спустя после открытия сверхтекучести считалось, что это явление имеет сугубо теоретический интерес.

Когда стала ясна природа нейтронных звезд, значение сверхтекучести выросло до масштабов Вселенной.

Человек, выходя в открытый космос, облачается в скафандр, изолирующий его от внешней среды. Внутри скафандра созданы условия, благоприятные для жизнедеятельности человеческого организма.

Сверхпроводники, о которых шла речь в предыдущих главах, как бы пришли к нам из мира, где царят немыслимо низкие температуры. Чтобы они могли существовать рядом с нами, пришлось создавать привычную для них атмосферу: заключать их в своего рода скафандры — оболочки, внутри которых циркулирует жидкий гелий.

Читатель уже знает, что гелий — газ редкий и дорогой. Конденсация его в жидкое состояние требует немалых затрат. Жидкий гелий быстро нагревается и выкипает, если его тщательно не изолировать в специальной многоступенчатой емкости. Обычно в сверхпроводящих устройствах оболочка с жидким гелием в свою очередь заключается в оболочку, где циркулирует жидкий азот. Это тоже обходится недешево и создает немалые технические трудности.

Применение сверхпроводников, охлаждаемых жидким гелием, экономически и технически оправдано только при решении особо сложных проблем, где обычные средства оказываются бессильными.

Может ли существовать сверхпроводимость если не при комнатной температуре, то хотя бы при температурах, достижимых с помощью жидкого водорода или жидкого азота — веществ гораздо более доступных и менее «привередливых», чем жидкий гелий? Такой вопрос уже давно поставили перед собой ученые.

В науке возникла проблема высокотемпературной сверхпроводимости.

В обыденной жизни высокими температурами считают те, которые выше комнатной. В мире сверхпроводимости высокими считаются температуры даже значительно ниже нуля градусов по Цельсию.

Вполне естественно стремление исследователей получить сверхпроводники с возможно большей критической температурой.

Напоминаем, что первый сверхпроводник — ртуть с критической температурой 4,2К — был открыт в 1911 году. Через два года максимальная критическая температура повысилась на ЗК. Был открыт сверхпроводящий свинец с критической температурой 7,2К. А чтобы повысить максимальную критическую температуру еще на 2К, понадобилось 17 лет. В 1930 году был открыт сверхпроводящий ниобий с критической температурой 9,2К.