Twoja wyszukiwarka

ŁUKASZ A. TURSKI
ZIMNO I TŁOCZNO
Wiedza i Życie nr 7/1997
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 7/1997

UBIEGŁOROCZNA NAGRODA NOBLA W DZIEDZINIE FIZYKI DLA DAVIDA M. LEE, DOUGLASA D. OSHEROFFA I ROBERTA C. RICHARDSONA BYŁA CZWARTĄ ZWIĄZANĄ Z NAJLŻEJSZYM GAZEM SZLACHETNYM - HELEM. POPRZEDNIO OTRZYMALI JE: HOLENDER HEIKE KAMERLINGH-ONNES W 1913 ROKU ORAZ ROSJANIE LEW LANDAU W 1962 ROKU I PIOTR KAPICA W 1978 ROKU.

Naprawdę wszystko zaczęło się 10 lipca 1908 roku, gdy twórca fizyki niskich temperatur, Heike Kamerlingh-Onnes skroplił po raz pierwszy hel1. W małym holenderskim miasteczku Lejda, w laboratorium noszącym dziś jego imię, Onnes uzyskał najniższą temperaturę na świecie, jak wtedy myślano nie występującą nigdzie w przyrodzie, tu na Ziemi czy w dalekim kosmosie, a mianowicie 4 K. Przez wiele lat tylko tam wytwarzano ciekły hel. Onnes nie był jednak ukontentowany swoim sukcesem, próbował więc skrystalizować hel, mozolnie osiągając coraz to niższe temperatury.

Kamerlingh-Onnes był jednak szczęściarzem; w kilka lat później odkrył nadprzewodnictwo metali, zjawisko w tym czasie niemożliwe do zaobserwowania bez użycia ciekłego helu (patrz: Odkrywca nadprzewodnictwa, "Świat Nauki" nr 5/1997). W doświadczeniach Onnesa i jego ucznia, Holsta, rtęć zmieniła swoje zachowanie, jej oporność elektryczna zmalała w temperaturze 3 K do 3x10-6V, jednej dziesięciomilionowej oporności rtęci w 0oC. Przez następne dziesiątki lat zjawisko nadprzewodnictwa2 pozostawało nie wyjaśnione i nikt nie wiązał, aż po lata pięćdziesiąte, jego zrozumienia z zadziwiającymi własnościami skroplonego helu odkrywanymi początkowo w Lejdzie, a w latach trzydziestych także w innych laboratoriach.

A było się czemu dziwić. Jeszcze w latach dwudziestych pracujący w Lejdzie wspólnie z W. H. Keesomem polski fizyk Mieczysław Wolfke3, zauważył, że w temperaturze poniżej 2.18 K gwałtownie wrzący ciekły hel nagle się uspokaja. Keesom i Wolfke nadali temu "spokojnemu" helowi nazwę hel II. Tak właśnie po dzień dzisiejszy określa się nadciekły hel. Zadziwiające, że ani Wolfke, ani jego następcy przez niemal 15 lat codziennie obcując z He II, nie sprawdzili jego podstawowych własności termodynamicznych oraz mechanicznych, choć wielkie odkrycie dosłownie "chlupało" w laboratoryjnych termosach.

Jest w tym jakieś podobieństwo do odkrycia fullerenów (ubiegłoroczny Nobel z chemii - "WiŻ" nr 3/97). Ludzkość ocierała się o nie od wieków, od chwili gdy zaczęła oświetlać swe siedziby płomieniem łuczyw i świec, toteż każdy, kto gasił świece zwilżonymi palcami, wcierał w skórę fullereny. Ile w wielkich odkryciach zależy od wyobraźni uczonego i sprawdzenia czegoś, z czym stykamy się codziennie? Podobnego "przeoczenia" w latach osiemdziesiątych dopuścili się fizycy niskich temperatur. Substancje ceramiczne, w których Alex Müller odkrył wysokotemperaturowe nadprzewodnictwo znane były oraz badane przez fizyków i chemików od lat. Ale nikt nie mierzył w nich przewodnictwa elektrycznego.

Pięć lat po odkryciu He II Keesom, tym razem pracując ze swoją córką, zmierzył ciepło właściwe ciekłego helu w pobliżu temperatury, w której zamieniał się on w He II. Ku zaskoczeniu badaczy zależność tego ciepła od temperatury miała przebieg jak na ryc. 1. Podobny przebieg ciepła właściwego charakteryzuje wiele innych zmian (przemian fazowych) zachodzących w cieczach, ciałach stałych, w ogóle w materiałach. Tak więc przemiana helu w He II okazała się przemianą fazową, ale czego w co? W kilka lat później Piotr Kapica4, już po swoim "uwięzieniu" w ZSRR stwierdził, że
He II ma zadziwiające własności mechaniczne, przepływa przez kapilary bez oporu, potrafi przeniknąć przez otwór tak mały, że lepkość ciekłego helu równałaby się 1/1 000 000 lepkości gazowego wodoru! Przepływom helu nie towarzyszy opór, stąd nazwa - analogia do nadprzewodnictwa! - nadciekłość.

Wkrótce okazało się, że nadciekły hel ma jeszcze więcej zaskakujących własności, w literaturze fizycznej pojawiły się takie pojęcia jak efekt fontannowy, drugi dźwięk (a nieco później trzeci, czwarty i piąty), rotony czy kwantowane wiry. Właściwie już w latach trzydziestych fizycy zrozumieli, że He II jest cieczą kwantową. Fakt, że dopiero pod znacznie zwiększonym ciśnieniem udaje się zestalić hel, i że pod normalnym ciśnieniem pozostaje on ciekły aż do temperatury zera absolutnego, jest zjawiskiem kwantowym. Heike Kamerlingh- -Onnes nie zobaczył stałego helu, zmarł kilka miesięcy przed jego uzyskaniem.

Podczas gdy fizycy doświadczalni dokonali pomiarów pozwalających na skonstruowanie wykresu fazowego 4He (ryc. 2), teoretycy rozpaczliwie próbo- wali wytłumaczyć własności He II. W końcu lat trzydziestych, ocalony z pogromu nauki dokonanego przez Stalina Lew Landau, jedyny teoretyk, którego Kapica "tolerował", zaproponował niezwykle eleganckie, proste - zawierające jedno "ale" - wytłumaczenie nadciekłości. Landau znał już wtedy pierwsze wyniki uzyskane nad dynamicznym rozpraszaniem promieni X w helu, wiedział więc, że widmo wzbudzeń elementarnych tego układu ma postać z grubsza taką, jak na ryc. 3.

Ryc. 1. Wykres zależności ciepła właściwego, przy ustalonej objętości, dla 4He w pobliżu 2 K. Kształt litery greckiej l jest powodem, dla którego punkt przemiany helu w hel nadciekły nazywa się punktem l. Taka rozbieżność ciepła właściwego jest charakterystyczna dla przemian fazowych zwanych ciągłymi (np. paramagnetyk - ferromagnetyk)

Czym jest takie widmo? Każdy z nas wie, że gdy pociągniemy smyczkiem po strunie skrzypiec, to wzbudzimy jej drgania o ściśle określonej częstości. Struna, odpowiednio przyciśnięta palcami wirtuoza, może wykonywać jedno z dopuszczonych przez prawa mechaniki drgań. Energię ze smyczka możemy więc przekazać strunie wyłącznie przez te wyróżnione drgania, albo - jak mówią fizycy - wzbudzenia elementarne (mody). Energia ruchu kolektywnego złożonych układów wielu ciał, np. cieczy, też zbudowana jest z sumy takich elementarnych drgań, modów własnych, które - tę ideę również zawdzięczamy Landauowi - nazywamy kwazicząstkami.

Doświadczenia znane Landauowi wskazywały, że energia kwazicząstek w He II jest taka, jak na początku układu współrzędnych przedstawionych na ryc. 3. Energia ta jest dla małych pędów funkcją liniową i jej nachylenie okazało się równe prędkości dźwięku w He II. Landau pokazał, że masywna cząstka poruszająca się w nadciekłym helu nie wzbudzi w nim kwazicząstki wtedy i tylko wtedy, gdy jej prędkość będzie mniejsza niż pewna prędkość krytyczna. Dziś wiemy, że widmo energii kwazicząstek w He II ma charakterystyczne maksimum i następujące po nim minimum energii. Wartość prędkości w tym minimum, zwanym minimum rotonowym, wynosi około 58 m/s.

Ryc. 2. Szkic wykresu fazowego helu 4He. Dla porównania z prawej - szkic wykresu fazowego dla klasycznego układu monoatomowego np. Ar. Obszar oznaczony He II to obszar nadciekłego helu

Wyjaśnienie Landaua wydaje się zupełnie "klasyczne". Właściwie tylko powód, dlaczego hel pozostaje ciekły w tak niskiej temperaturze, wydaje się mieć coś wspólnego z mechaniką kwantową. Jest to pogląd błędny. Ważne jest, aby wzbudzenia elementarne, potrzebne w analizie Landaua, były stabilne. Tę stabilność gwarantuje im, według wielu teorii, właśnie kwantowość zjawiska nadciekłości.

Niemal w tym samym czasie, co Landau, zjawisko nadciekłości próbował wytłumaczyć Laszlo Tisza, jego węgierski były współpracownik, i niezależnie jeden z twórców fenomenologicznego opisu zjawiska nadprzewodnictwa Fritz London. Obaj ci fizycy zauważyli przedziwną zbieżność temperatury przemiany helu w ciecz nadciekłą T>2.17 K z temperaturą kondensacji Bosego-Einsteina (ramka powyżej) dla gazu cząstek o masie atomów helu 4He równej około 3 K.

Ponieważ temperatura przemiany Bosego-Einsteina dla cząstek o masie atomów helu była bliska punktowi l, wielu fizyków zaczęło uważać, że nadciekłość jest związana z właśnie taką kondensacją. Dopiero w latach czterdziestych Lars Onsager5 postawił pytanie: skoro hel nie jest gazem cząstek nieoddziałujących, to jaka część atomów helu naprawdę kondensuje w nim poniżej punktu l?

Pytaniem tym otworzył puszkę Pandory. Sam oszacował procentowy udział kondensatu w gęstości nadciekłego helu na około 10%. Następne prognozy były mniej optymistyczne. Czasami nawet konkludowano, że dane doświadczalne uzyskiwane przez rozpraszanie neutronów na nadciekłym helu przeczą, iż gęstość kondensatu przekracza 1%. Problem do dziś pozostaje otwarty. Nadal nie ma odpowiedzi teoretycznej na pytanie, czy kondensacja Bosego-Einsteina jest w ogóle potrzebna do wytłumaczenia zjawiska nadciekłości. Jedyna teoria, jako tako pasująca do rzeczywistości, sformułowana m.in. przez rosyjskiego fizyka Nikołaja Bogolubowa, zakłada, że układ wielu bozonów w rzeczywistości jest gazem bardzo słabo oddziałującym. Nie ma więc bezpośredniego zastosowania do opisu 4He.

David M. Lee(ur. 1913 r.)CornellUniversity (z prawej)

Douglas D. Osheroff(ur. 1945 r.)StanfordUniversity (w środku)

Robert C. Richardson (ur. 1945 r.) Cornell University(z lewej)

Fot. The Nobel Prize Internet Archive

Jedną z najważniejszych konsekwencji kondensacji Bosego-Einsteina jest skwantowanie wspomnianej już cyrkulacji wirów w 4He. Jeszcze w latach czterdziestych Lars Onsager i Richard Feynman pokazali, że wiry w nadciekłym helu powinny zachowywać się w sposób zaskakujący, a mianowicie ich cyrkulacja - miara natężenia wiru - powinna być całkowitą wielokrotnością stałej Plancka.

Zjawisko to zostało potwierdzone w wielu doświadczeniach i naprawdę stanowi lepszą charakterystykę nadciekłości niż całkowity brak lepkości. Wiry w helu są jednym z najprostszych przykładów tzw. defektów topologicznych - osobliwości pojawiających się w wielu teoriach pola i odgrywających ważną rolę w zrozumieniu zjawisk opisywanych przez te teorie szczególnie w odniesieniu do pierwszych chwil po Wielkim Wybuchu. Wiry w 4He są bardzo proste i stanowią jedynie daleką karykaturę tych defektów potrzebnych na przykład w kosmologii. Mają jednak swoich kuzynów w innej cieczy nadciekłej, jaką jest skroplony izotop 3He. Do tej pory w ogóle nie mówiliśmy o tym kuzynie helu, który de facto nie występuje w sposób naturalny na Ziemi i którego makroskopowe ilości wyprodukowano dopiero dzięki rozwojowi fizyki jądrowej; otrzymuje się go bowiem z radioaktywnego rozpadu trytu - ciężkiego izotopu wodoru. Istnieje jeszcze jeden, ale bardzo krótko żyjący (poniżej sekundy) izotop helu, a mianowicie 6He.

3He chemicznie niewiele różni się od 4He. Zasadnicza różnica to ich statystyka kwantowa. Pierwszy z nich jest fermionem, ma bowiem nieparzystą liczbę nukleonów (dwa protony i jeden neutron) w jądrze. Dlatego w 3He nie może zajść zjawisko kondensacji Bosego-Einsteina. 3He jest układem silnie oddziałujących fermionów. Takie układy mają wiele wspólnych własności z układem lekkich i silnie oddziałujących fermionów, jakim jest płyn elektronowy w metalu. Jak wiemy, w wielu materiałach płyn taki może stać się nadprzewodzący, a własności nadprzewodników są mutatis muntandis podobne do własności cieczy nadciekłej.

Odkryte przez Kamerlingha-Onnesa zjawisko nadprzewodnictwa pozostawało aż po lata pięćdziesiąte nie wyjaśnione, pomimo zaangażowania się w tę tematykę niemal wszystkich sławnych twórców mechaniki kwantowej z Wernerem Heisenbergiem i Nielsem Bohrem na czele. Wyjaśnienie podane zostało przez trójkę fizyków amerykańskich Roberta Schriefera, Leona Coopera i ich szefa Johna Bardeena6.

3He jest cieczą fermionową i kiedy tylko fizycy zrozumieli własności nadprzewodników, natychmiast wysunęli hipotezę, że podobne sparowanie atomów 3He jako Cooperowskie powinno prowadzić do zjawiska "nadprzewodnictwa" w ciekłym 3He. Nadprzewodnictwa, a właściwie nadciekłości, ponieważ w odróżnieniu od elektronów w metalu atomy helu i ich "pary Coopera" są elektrycznie obojętne. Wstępne oszacowania temperatury, w której takie "pary Coopera" mogłyby powstać, przyniosły zawód. Okazało się, że - po pierwsze - temperatura ta zależy od przyjętego, ad hoc, modelu oddziaływań prowadzącego do powstawania takich par, a po drugie - temperatura przemiany fazowej była bardzo niska, poza wtedy osiągalnymi wartościami. Tym niemniej wielu uczonych, w tym Lew Landau, opracowało jedną z najciekawszych teorii układów wielu ciał, tzw. teorię cieczy Fermiego (za tę teorię Landau otrzymał Nagrodę Nobla w 1962 r.). Podstawowym pojęciem teorii cieczy Fermiego jest omówione już pojęcie kwazicząstki.

Przewidywania teoretyczne, że 3He może stać się nadciekły w dostatecznie niskich temperaturach były jednym z powodów wyścigu w dół skali temperatur. Bracia Fritz i Heinz Londonowie opracowali nową technikę osiągania niskich temperatur wykorzystującą własności mieszanin obu izotopów helu poniżej punktu l. Tzw. chłodziarki rozcieńczeniowe pozwoliły "tanim" kosztem osiągać bardzo niskie temperatury. Przełom w chłodzeniu 3He osiągnięto m.in. rozwijając teorie tzw. komórek Pomerańczuka, przedwcześnie zmarłego wybitnego ucznia Landaua. Ponieważ atom 3He jest fermionem zbudowanym z nieparzystej liczby nukleonów i parzystej liczby elektronów, to ma on złożone własności magnetyczne. W termodynamicznych procesach ochładzania substancji zbudowanej z takich atomów można wykorzystać własności uporządkowywania się magnetycznych stopni swobody i ich sprzężenie z normalnymi, translacyjnymi stopniami swobody. Dlatego np. w komórce Pomerańczuka można ochładzać 3He, ściskając go.

Ryc. 3. Zależność energii wzbudzeń elementarnych w helu 4He od ich pędu. Na rysunku pokazano też (krzywa czerwona), dla porównania, zależność energii od pędu dla cząstek swobodnych e~p2. Prędkość krytyczna Vkryt określona jest przez minimum [e(p)/p]. Dla krzywej jak na rysunku minium to przypada w tzw. minimum rotonowym oznaczonym strzałką

Pod koniec 1971 roku doktorant na wydziale fizyki Uniwersytetu Cornella w Ithaca (stan Nowy Jork) pracujący pod kierunkiem Davida Lee i Roberta Richardsona, mierzył zmiany ciśnienia w mieszaninie stałego i ciekłego helu 3He. Gdy jego komórka pracowała w zakresie temperatur 3-1.5 mK zauważył pewną anomalię na krzywej zmiany ciśnienia w funkcji temperatury. Anomalie te oznaczone zostały literkami A i B, przy czym A pojawiło się mniej więcej w temperaturze tysiąc razy mniejszej niż przemiany nadciekłej w 4He, a mianowicie w T>2.6 mK.

Tytuł pierwszej pracy wspomnianej trójki brzmiał: Argumenty za istnieniem nowej fazy stałej 3He. Dosłownie w kilka tygodni potem okazało się, że zjawisko prowadzące do powstania owych anomalii zachodzi w fazie ciekłej, a nie stałej i jest to oczekiwane zjawisko nadciekłości 3He. Rzeczywistość przerosła jednak wyobraźnię teoretyków. Okazało się, że w 3He mamy do czynienia nie z jedną cieczą nadciekłą, ale z dwiema, i że anomalie A i B wskazują właśnie na pojawianie się tych dwu różnych faz.

Ryc. 4. przedstawia wykres fazowy 3He w pobliżu temperatury
2 mK. Anomalie A opisują tzw. nadciekły hel 3He typu A, a B - typu B.

Tuż po odkryciu nadciekłości 3He rozbiła się bania z pracami doświadczalnymi i teoretycznymi, lata siedemdziesiąte to okres niezwykle szybkiego rozwoju fizyki nadciekłego 3He7. Po dzień dzisiejszy jednak nie zaproponowano żadnego istotnego praktycznego zastosowania tego materiału. Sztucznie wytworzony i zmuszony do zachowania się tak, jak tego chce człowiek, 3He pozostał obiektem badań naukowych. Na razie!

Ryc. 4. Wykres fazowy 3He w zakresie kilku milikelwinów. Na rysunku pominięto szczegóły powyżej i na prawo od linii przemiany ciecz-ciecz nadciekła, np. współistnienie faz nieuporządkowanego spinowo i uporządkowanego stałego helu itp.

Co jest przyczyną tej rozmaitości faz nadciekłych w 3He i niezwykłego bogactwa własności fizycznych tych układów? Po pierwsze - oddziaływanie prowadzące do powstania "par Coopera" atomów 3He jest zupełnie inne niż w nadprzewodniku. Podstawowym procesem "parowania" jest polaryzacja ("odkształcenie") spinowych stopni swobody w 3He, powodująca, że w 3He mogą wystąpić dwa typy par różniących się konfiguracją spinowych i orbitalnych stopni swobody tworzących parę atomów. Bez dobrej znajomości kwantowej teorii momentu pędu dość trudno jest, bez zbyt dalekich uproszczeń, wyjaśnić różnice pomiędzy tymi parami.

Pary odpowiadające fazie B w zasadzie bardzo przypominają "pary Coopera" w nadprzewodniku, pary w fazie A są natomiast niebywale złożonymi obiektami. Dlatego faza A okazuje się jedną z najciekawszych cieczy na świecie. Jest to ciecz kwantowa, nadciekła i nieizotropowa. To ostatnie oznacza, że ma wiele cech podobnych do własności np. ciekłych kryształów, znanych nam m.in. z wyświetlaczy zegarkowych czy ekranów komputerów.

W tej cieczy prawie wszystkie "zwykłe" zjawiska, takie jak rozchodzenie się dźwięku, przewodnictwo cieplne itp., mają inny charakter niż np. w nadciekłym helu 4He. Teoretyczny opis tych zjawisk stanowił nowe wyzwanie dla współczesnej fizyki statystycznej. Powstałe przy tej okazji modele stały się podstawą badań w wielu innych dziedzinach. Np. fakt, że w nadciekłeym helu 3He możliwy jest tzw. podłużny NMR8 stał się punktem wyjścia rozwoju nowych metod opisu tego zjawiska. W ogóle zarówno teoria, jak i fizyka doświadczalna 3He umożliwiły rozwój wielu metod dziś stosowanych w innych, mniej egzotycznych, dziedzinach fizyki i chemii.

Bardzo ciekawe są własności wirów w helu 3He. W odróżnieniu od 4He, gdzie mieliśmy tylko jeden typ takich defektów (ubogie we własności topologiczne wiry) czy nadprzewodników (gdzie rolę wirów odgrywają skwantowane nici strumienia pola magnetycznego - tzw. fluxy Abrikosowa), w 3He mamy całe bogactwo wirów. Są pośród nich te, które mają własności analogiczne lub prawie analogiczne do tych, które chcieliby zrozumieć specjaliści od fizyki wysokich energii czy kosmologii. Na razie łatwiej jest robić doświadczenia z nadciekłym 3He w fazie A niż próbować powtórzyć Wielki Wybuch. I może to jest jednym z najbardziej frapujących zastosowań 3He.

W przyrodzie mamy całe bogactwo wirów, które są powszechnym zjawiskiem w hydrodynamice

Fot. NOAA

Komitet Noblowski przymknął, jak widać, oko na drobny błąd w tytule pracy, która w 1996 roku zaowocowała Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki. David Lee, Douglas Osheroff i Robert Richardson odebrali z rąk monarchy szwedzkiego swoje medale wraz z załącznikami. Dlaczego jednak dopiero teraz, a nie kilkanaście lat temu? W moim przekonaniu dlatego, że ostatnio dokonano wielkiego kroku, aby wyjaśnić rolę kondensacji Bosego-Einsteina w procesach zachowania się niskotemperaturowych układów bozonowych.

Jeszcze w latach osiemdziesiątych
Isaac Silvera, pracujący wtedy na Uniwersytecie w Amsterdamie, zaczął pionierskie prace nad schładzaniem najlżejszego gazu bozonowego - atomowego wodoru. Były to bardzo trudne doświadczenia, w których eksperymentatorom przyszło zmagać się z niebezpieczeństwem potężnego wybuchu wywołanego rekombinacją atomowego wodoru w wodór cząsteczkowy. Gazowy wodór atomowy trzeba było utrzymywać w silnym polu magnetycznym, uniemożliwiającym odwrócenie się spinów atomowych konieczne do utworzenia cząsteczki wodoru. Aczkolwiek teoria poucza nas, że taki układ powinien stać się "nadciekły", tak jak to przewiduje wspomniana teoria słabo oddziałującego gazu bozonowego Bogolubowa, to jednak nigdy nie udało się uzyskać - w laboratorium - dostatecznie gęstego i zimnego gazu, aby zjawisko to wystąpiło.

Ostatnio co najmniej dwie grupy badawcze z Boulder i MIT opublikowały rewelacyjne wyniki, dotyczące możliwości obserwacji kondensacji Bosego- -Einsteina w układach wielu atomów Rb zamkniętych w tzw. pułapkach atomowych i schłodzonych do temperatur mikrokelwinów (patrz: Tajemnicze neutrino, "WiŻ" nr 1/1997). Stosując nowe metody chłodzenia, uzyskano nowe zimne i zatłoczone układy bozonowe. Jeśli wyniki te zostaną potwierdzone, na pewno będzie to osiągnięcie na miarę odkrycia nadciekłości w 3He. Trudno byłoby więc pominąć osiągnięcie sprzed niemal ćwierć wieku.

1Hel to pierwszy pierwiastek "sztuczny", odkryto go bowiem w XIX wieku nie na Ziemi, ale w widmie Słońca. Początkowo myślano, że spalanie helu jest źródłem energii słonecznej. Dziś wiemy, że jest jakby na odwrót. To procesy "spalania" termojądrowego, zachodzące wewnątrz Słońca, są "źródłem" helu. Na Ziemi hel występuje jako domieszka w gazie ziemnym. Jest to praktycznie wyłącznie izotop helu 4He. Drugi trwały izotop 3He produkowany jest wyłącznie w procesach reakcji jądrowych. Nietrwały izotop 6He nie odgrywa, jak na razie, roli w znanych mi badaniach naukowych. Jedne z najbogatszych złóż helu znajdują się w Odolanowie pod Poznaniem.

2Mowa tu o "zwykłym", dziś nazywanym niskotemperaturowym nadprzewodnictwie, aby odróżnić je od odkrytego w 1986 roku przez Alexa Müllera i Georga Bednorza zjawiska wysokotemperaturowego nadprzewodnictwa, które po dziś dzień nie do końca zostało wyjaśnione.

3Mieczysław Wolfke (1883-1947) był niewątpliwie nie tylko wybitnym uczonym o światowej sławie (w latach dwudziestych sformułował podstawowe założenia holografii), ale też postacią, której życie mogłoby się stać tematem dobrego serialu. Wolfke zajmował się fizyką "wojskową", w 1939 roku przygotowywał lot pierwszego polskiego balonu stratosferycznego. Przygotowania, prowadzone nad rzeką Stryj, przerwała wojna.

4Piotr Kapica (1894-1984) wybitny fizyk rosyjski był w latach 1930-1934 dyrektorem należącego do Brytyjskiego Królewskiego Towarzystwa Naukowego Laboratorium Monda. Podczas jednej z wizyt u rodziny w Moskwie został zatrzymany i zmuszony do pozostania w ZSRR. Rząd brytyjski przekazał wówczas Kapicy całe laboratorium, chcąc w ten sposób umożliwić mu kontynuowanie prac. W 1937 roku Kapica odkrył nadciekłość helu, za co dostał w 1978 roku Nagrodę Nobla. W 1946 roku Kapicę pozbawiono dyrekcji jego "własnego" laboratorium, do którego powrócił w 1955 na fali "odwilży" po śmierci Stalina. Kapica miał więcej szczęścia niż wielu innych wybitnych uczonych w ZSRR, którzy zginęli w lagrach Gułagu; taki los spotkał innego wielkiego fizyka rosyjskiego A. Szubnikowa, odkrywcę zjawiska zwanego efektem Szubnikowa-de Haasa, i inicjatora pionierskich prac nad stopami nadprzewodzącymi. Aresztowany w końcu lat trzydziestych w czasie czystek stalinowskich Szubnikow zmarł w łagrze w 1945 roku.

5Lars Onsager (1903-1976) jeden z najciekawszych uczonych fizyków, matematyków i chemików XX wieku (Nobel 1968 za sformułowanie termodynamiki procesów nieodwracalnych). Onsager słynął z podawania mimochodem, podczas jakichś dyskusji, rozwiązań problemów, nad którymi inni pracowali latami.

6John Bardeen jest jednym z trzech uczonych, którzy dwukrotnie otrzymali Nagrodę Nobla (w 1956 i 1972 r.). Pozostali to Maria Skłodowska- -Curie (w 1903 r. fizyka i chemia w 1911 r.) i Frank Sanger (chemia). Linus Pauling otrzymał dwukrotnie Nagrodę Nobla raz z chemii w 1954 r., a raz Pokojową Nagrodę Nobla. Bardeen pierwszą nagrodę uzyskał za odkrycie tranzystora (w 1956 r. wspólnie z W. Brattinem i W. Schockleyem).

7Teoretyczne badania nad nadciekłym helem 3He w Polsce prowadzone były, z wieloma sukcesami, w ośrodku wrocławskim przede wszystkim w grupie prof. Jerzego Czerwonki.

8Zjawisko NMR (jądrowy rezonans magnetyczny) odkryte przez Felixa Blocha jest podstawą jednej z najefektywniejszych metod diagnostycznych współczesnej medycyny. W "zwykłym" NMR precesję spinu w zewnętrznym polu magnetycznym B wywołuje się przez przyłożenie impulsowego pola magnetycznego prostopadłego do tego pola. W nadciekłym helu 3He można wywołać precesje spinów, przykładając pole impulsowe równoległe do B.

Prof. dr hab. ŁUKASZ A. TURSKI pracuje w Centrum Fizyki Teoretycznej PAN i Szkole Nauk Ścisłych w Warszawie.