В этом году Нобелевскую премию по физике получили Алексей Алексеевич Абрикосов, Виталий Лазаревич Гинзбург и Энтони Леггетт. Двое лауреатов - из России, это очень приятно. Но поскольку о важности этого события для российской науки и политики лучше скажут сами лауреаты и другие мудрые люди, мы лучше расскажем о том, про что все это.

Сверхпроводимость - обращение электрического сопротивления материала в ноль при низких температурах - на протяжении многих десятилетий оставалась, пожалуй, самым загадочным явлением в области физики твердого тела. Даже сейчас (более 90 лет спустя после открытия сверхпроводимости Камерлинг-Оннесом), после вручения нескольких Нобелевских премий за научные достижения в области сверхпроводимости, остается еще немало неясных вопросов . К началу же пятидесятых годов сколь-нибудь законченная теория, описывающая это интереснейшее явление, отсутствовала.

В 1957 году вышла работа Абрикосова "О магнитных свойствах сверхпроводников второго рода" (А.А. Абрикосов, ЖЭТФ 32, 1442(1957)). В этой работе было показано существование нового типа сверхпроводимости - сверхпроводимости II рода. Теория сверхпроводников второго рода потом стала большой областью науки о сверхпроводниках.

Этот тип сверхпроводников отличался от ранее изученных сверхпроводников I рода тем, что в них могло проникать магнитное поле. Как выяснил Абрикосов, поле могло проникать в сверхпроводник отдельными силовыми линиями в области которых сверхпроводимость подавлялась. Вокруг силовой линии, просочившейся в сверхпроводник, образовывается структура из сверхпроводящего конденсата. Проникшие в сверхпроводник силовые линии вместе с накрученой структурой в конденсате теперь называются вихрями Абрикосова. Сверхпроводимость первого рода подавляется магнитным полем больше некоторого критического. Для сверхпроводников же второго рода есть два критических поля - поле при котором образуются вихри и отдельные силовые линии проникают в образец, и верхнее критическое поле при котором вихри сливаются и сверхпроводимость подавляется во всем образце. Как оказалось, верхнее критическое поле для сверхпроводников II рода гораздо больше, чем критическое поле для сверхпроводников I-го типа. На сверхпроводниках II рода строятся все современные мощные магниты. При этом открытые Абрикосовым вихри существенны для инженерной части технологии - правильным образом "закаливая" сверхпроводник в сильных полях, можно изменять локализацию отдельных вихрей Абрикосова, сидящих на дефектах решетки, и таким образом поднимать верхнее критическое поле. Кстати, магниты со сверхпроводниками второго рода дали возможность получить премию этого года по медицине, которая присуждена за ЯМР томографию.

Статью Абрикосова в ЖЭТФ приводят в пример как идеальный образец научной статьи - практически в одной публикации поставлена и полностью решена важная задача. Кроме всего прочего расчетная часть статьи просто виртуозна (может, сказалась малодоступность компьютеров в ту эпоху?).

Предположим, что существует очень внимательный к истории, но незнакомый с теорией сверхпроводимости читатель. Он, наверняка, бы недоумевал: ведь теория сверхпроводимости опубликована Бардиным, Купером и Шрифером тоже в 1957 году, так что Абрикосов ее знать не мог. На самом деле, почти все явления в сверхпроводниках уже умели описывать к моменту появления теории БКШ. Делалось это с помощью феноменологической теории Гинзбурга-Ландау. Эта теория, конечно, не проясняла причины сверхпроводимости на микроскопическом уровне. Ей был просто безразличен механизм образования пар электронов и даже существование этих пар (в статье Гинзбурга и Ландау даже была фраза вроде: "Где e параметр, который нет оснований полагать не равным заряду электрона", на самом деле он оказался равен 2e из-за куперовского спаривания электронов). Теория просто описывала переход в сверхпроводящее состояние как фазовый переход II рода, т.е. переход сопровождающийся изменением симметрии системы. Сверхпроводник при этом описывался полем комплексного параметра порядка с учетом его флуктуаций. После построения теории БКШ стало ясно, что комплексный параметр порядка соответствует волновой функции конденсата электронно-дырочных пар (это показал Горьков в 1959 году).

Некоторая модификация теории Гинзбурга-Ландау описывает и поведение жидкого He³. Правда, параметр порядка в этой системе - комплексный тензор 2-го ранга (матрица 3x3, которая связывает спиновый и орбитальный момент куперовских пар), всего у него 18 независимых компонент. Пожалуй, жидкий гелий - вещество с самым большим набором симметрий. Поэтому исследование его интересно до сих пор. Богатый набор симметрий и возможность их нарушения позволяет моделировать с помощью жидкого гелия эволюцию ранней вселенной, которое тоже сопровождалось последовательным спонтанным нарушением различных симметрий (об этом см. книгу Воловика Universe in Helium droplet(вселенная в капле гелия)). Впервые роль симметрий в теории жидкого гелия была осознана в работах третьего лауреата - Энтони Леггетта. Он же впервые описал весьма нетривиальное поведение He³ в ядерно-магнитно-резонансных экспериментах.

Естественно, достижения лауреатов далеко не ограничиваются теми, за которые они получили премию. После вихрей Абрикосова с его фамилией ассоциируется "вечнозеленая книжка про функции Грина" (Абрикосов, Горьков, Дзялошинский), которая вышла в 1962 году, но по которой учатся до сих пор. Собственно, методов из этой книжки до сих пор хватает для делания передовой науки.

Леггета сейчас часто вспоминают в связи с теорией квантовых диссипативных систем (модель Калдейры-Леггета). Это новое и весьма важное направление развития квантовой механики, которое весьма полезно для разработки наноэлектромеханических устройств.

Отдельно хочется сказать о старейшем из лауреатов Нобелевской премии этого года, Виталии Лазаревиче Гинзбурге. В наше время по пальцам можно пересчитать ученых со столь разнообразными научными интересами: физика твердого тела, физика плазмы, астрофизика - вот далеко не полный перечень областей, в которых на счету Гинзбурга есть крупные достижения. Сверхпроводимость и переходное излучение, сегнетоэлектричество и создание термоядерного оружия, распространение электромагнитных волн в плазме и космические лучи - кажется удивительным, что один человек мог более чем успешно заниматься такими несхожими вещами. Если не говорить о сверхпроводимости, то особое место в научной деятельности Гинзбурга, наверно, занимает радиоастрономия и физика космических лучей (именно космические лучи дали Я.Б.Зельдовичу повод назвать Вселенную "ускорителем для бедных"). Гинзбург был одним из тех, кто стоял у истоков понимания механизмов генерации космических лучей и доказывал галактическое происхождение космических лучей высоких энергий (в противес популярной в свое время гипотезе о том, что космические лучи рождаются в Солнечной системе). Работы Гинзбурга во многом способствовали осознанию синхротронной природы радиоизлучения от космических источников (стоит напомнить, что в конце сороковых господствовала гипотеза о существовании "радиозвезд").

Помимо собственно научных достижений, Гинзбург известен благодаря своему уникальному семинару , ставшему настоящей школой мысли для многих сотен физиков, а также книгами про то, "Что в физике и астрофизике представляется наиболее важным и интересным".

P.S. Работы российских ученых, за которые им была присуждена Нобелевская премия, были выполнены давно, в пятидесятых годах прошлого века. И премия служит, с одной стороны, напоминанием о том, что в СССР существовала сильная физическая школа и физики в те годы работали с огромным энтузиазмом. С другой, премия - повод вспомнить, в какие сложные и тяжелые времена пришлось жить и работать нынешним Нобелевским лауреатам и всей стране. Сейчас трудно даже представить, сколь сильны были в те годы барьеры на пути взаимодействия советских и зарубежных ученых. Так, ЖЭТФ, в котором в 1950 г. была опубликована "нобелевская" работа В.Л.Гинзбурга и Л.Д.Ландау, не переводился на английский язык, а сами авторы не имели возможности ездить за границу. Поэтому до известной степени случайно то, что работа стала вскоре известна на Западе (статья была переведена по собственной инициативе одним английским ученым, который затем послал перевод некоторым своим коллегам). Но барьеры на пути научных контактов были еще не самым страшным, о чем говорит трагическая судьба человека, фактически открывшего сверхпроводники второго рода за двадцать лет до работы А.А.Абрикосова, - выдающийся физик-экспериментатор Л.В.Шубников был расстрелян в 1937 г.

И если уж делать какой-то околонаучный вывод из этой истории, то он, пожалуй, таков - подлинно велики люди, которые, несмотря на самые неблагоприятные обстоятельства, способны увлеченно работать и создавать то, что будет служить другим еще многие десятилетия спустя.

P.P.S. Почитать более подробное изложение теорий нынешних лауреатов можно на сайте нобелевского комитета( в pdf формате на английском).

Ссылки на исходные работы

А.А. Абрикосов, ЖЭТФ 32, 1442(1957)
В.Л. Гинзбург и Л.Д. Ландау, ЖЭТФ 20, 1064( 1950)
A.J. Leggett, Ann. Phys. (New York) 85, 11(1974)

Сообщения прессы

Пресс релиз Нобелевского комитета на русском языке
Страница Абрикосова в Аргонской национальной лаборатории
Интервью с Абрикосовым (Известия-наука)
Сообщение Известий Сообщение Вестей
Газета.ru

Ю.Адамов, Е.Онищенко