Joanna Rose
Årets pristagare förklarade teoretiskt hur ström kan flyta utan motstånd, vilket ledde till att nya supraledare kunde skapas som har fått många nyttiga tillämpningar.
När materia kyls ned till mycket låga temperaturer omvandlas den till kondensat med ovanliga egenskaper. Elektrisk ström kan då ta sig genom ledningarna utan motstånd, heliumvätska börjar plötsligt flyta helt fritt och klättrar uppför skålens väggar och kvantfysiken, som annars verkar bara i det lilla, blir plötsligt synlig.
Fenomenet fick sin förklaring i teorier som årets nobelpristagare i fysik belönas för: ryssen Vitalij Ginzburg, hans yngre kollega Alexei Abrikosov, numera bosatt i USA, och Anthony J. Leggett, britt som också verkar i USA. De har enligt Kungliga Vetenskapsakademien gjort ”banbrytande insatser inom teorin för supraledare och supravätskor”.
Själva supraledningsfenomenet är känt sedan i början av förra århundradet. Då upptäckte nederländaren Heike Kamerlingh Onnes material som leder ström utan motstånd, och namnet supraledare är hans påfund. I en sådan kan elström flyta runt i all evighet, inget kommer att gå förlorat under färden.
Det tog nästan ett halvt sekel innan ryssarna Lev Landau och Vitalij Ginzburg 1950 fann de rätta ekvationerna som beskriver detta elektriska perpetuum mobile. Bara några år senare, 1957, kunde Alexei Abrikosov, på den tiden elev till Lev Landau vid Kapitsainstitutet i Moskva, utnyttja kollegernas teori för att beskriva s.k. typ-2-supraledare, vars mirakulösa egenskaper inte försvinner i starka magnetfält. Detta var något som drabbade de först kända supraledande materialen.
I och med detta startade supraledarnas karriär som kärna i elektromagneter. Överallt där starka magnetfält behövs sätts supraledare i magnetspolar i arbete: i acceleratorer för att hålla partiklar i bana, i sjukhusens kärn- och magnetresonanskameror.
Länge behövde man kyla supraledare med flytande helium till så lågt som 4 grader över den absoluta nollpunkten, till −269° C. Det är krävande och dyrt. Därför har man sökt efter andra material som kan behålla sina egenskaper även vid högre temperaturer. Genombrottet kom i mitten av 1980-talet då två IBM-forskare i Schweiz lyckades ta fram en legering av keramer och koppar som är supraledande vid högre temperatur. Den legeringen kunde då kylas med flytande kväve, ett både billigare och mer lätthanterligt kylmedel, vars kokpunkt ligger vid −196° C.
Under de senaste tio åren har de i år belönade teorierna utnyttjats allt flitigare. De används som recept för att skapa nya supraledande material med förhoppning om att dessa kan behålla sina märkvärdiga egenskaper i allt högre temperaturer.
Helst ska elströmmen kunna flyta helt utan motstånd i det klimat som vanligen råder på jorden. Då skulle överföring av elkraft bli betydligt billigare. I dag uppgår förlusterna i högspänningsledningarna till 30 procent på vägen hem till oss.
Sedan 1930-talet har även helium blivit ett forskningsobjekt för fysiker. För i likhet med den evigt flytande elströmmen kan även en kall heliumvätska snurra för evigt om den sätts i rotation. Men då måste den bli ännu kallare än vanligt.
Den förste som på 1930-talet omvandlade helium till supravätska var ryssen Pjotr Kapitsa. Han kylde det i luften förekommande helium-4 till −271° C och fick det att krypa uppför kärlets väggar, alltså uppföra sig just så konstigt som en supravätska ska. Kapitsa belönades med nobelpriset i fysik 1978.
Det följdes av 1996 års pris till tre amerikaner som var först med att försätta en lättare heliumisotop, det sällsynta helium-3, i det säregna supratillståndet. Men helium-3 betedde sig inte riktigt som dess tyngre bror, och den amerikanska trion blev förundrad. Efter mindre än en månad förklarade årets nobelpristagare Anthony J. Leggett att vad experimentalisterna såg var just en supraledande vätska.
Supraflytande helium-3 utnyttjas flitigt av fysiker. Med den kalla vätskan kan man efterlikna det unga universum, eller studera kvantfysik, eller se efter vad som händer när ordning övergår i kaos. Att förstå det kaotiska flödet, turbulens, är enligt Vetenskapsakademien ett av den klassiska fysikens sista olösta problem.
Temaartikel ur Nationalencyklopedins årsbok 2003
Nobelpriset 2003: Fysik
http://www.ne.se/rep/nobelpriset-2003-fysik
Nationalencyklopedin, 2012-05-27
Kopiera källangivelse
