31 мая 1931 года родился Джон Роберт Шриффер — будущий лауреат Нобелевской премии по физике. Интерес к технике и устройству мира проявился у него еще в детстве: он собирал простые механизмы, экспериментировал с радиотехникой и увлекался коротковолновыми радиостанциями. Логичным продолжением этого увлечения стало обучение в Массачусетском технологическом институте после окончания школы Eustis High School.
Продолжая образование в аспирантуре Иллинойского университета, Шриффер начал работать ассистентом у известного физика Джона Бардина. Последний уже имел серьезный научный авторитет благодаря исследованиям в Bell Labs, где он сотрудничал, в том числе, с Уолтером Браттейном. В тот период никто не предполагал, что совместная работа этих ученых приведет к одному из важнейших открытий в физике XX века. Научные интересы Шриффера были сосредоточены на физике твердого тела и теоретических аспектах электропроводности, тогда как Бардин совместно с Леоном Купером активно развивал исследования в области сверхпроводимости.
Неожиданная идея, изменившая физику
Решающую роль в научном прорыве сыграл именно Шриффер. Как это нередко бывает в истории науки, ключевая идея пришла неожиданно — во время поездки в метро Нью-Йорка. В этот момент ученому удалось сформулировать математическое описание коллективного состояния электронов в сверхпроводнике, дополнив тем самым открытие Купера о спаривании электронов в так называемые куперовские пары.
Бардин тщательно проверил выводы Шриффера, после чего совместная работа трех ученых привела к созданию теории БКШ — по первым буквам фамилий Бардина, Купера и Шриффера. Эта теория впервые дала исчерпывающее объяснение механизма сверхпроводимости. Ее значение было официально признано в 1972 году, когда авторам присудили Нобелевскую премию по физике, а также целый ряд других престижных наград. Примечательно, что благодаря этому достижению Джон Бардин стал первым человеком в истории, дважды удостоенным Нобелевской премии по физике.
Научная карьера и поиски комнатной сверхпроводимости
В последующие годы Джон Шриффер продолжал активную научную деятельность, работая в ряде ведущих университетов мира, включая Университет Бирмингема, Университет Пенсильвании в Филадельфии и Университет штата Флорида. Центральной темой его исследований оставалась сверхпроводимость, а главной целью — поиск материалов, способных демонстрировать это явление при комнатной температуре.
Несмотря на то что при жизни Шрифферу не удалось достичь этой цели, его исследования заложили основу для дальнейших научных поисков. В 2020 году ученые из Рочестерского университета сообщили о наблюдении сверхпроводимости при температуре около 15°C. Однако эффект был достигнут лишь при экстремальном давлении порядка 2,6 миллиона атмосфер, что пока исключает практическое применение технологии.
Практическое использование сверхпроводников сегодня
В отличие от многих научных открытий, которые быстро находят отражение в повседневной жизни, теория сверхпроводимости пока используется преимущественно в научных и узкоспециализированных промышленных проектах. Одной из наиболее заметных сфер применения стали энергетические системы, в которых используются кабели, охлаждаемые жидким азотом. Такие решения уже внедряются в Германии и лежат в основе масштабного проекта энергетического узла Tres Amigas, предназначенного для объединения энергосетей США и более эффективного распределения энергии из возобновляемых источников.
Сверхпроводимость также открывает новые возможности для транспорта. Экспериментальные магнитные рельсовые системы используют это явление для создания поездов на магнитной левитации. Ярким примером является японский проект SCMaglev, реализуемый на линии Токио-Осака, который должен обеспечить скорость движения более 500 км/ч.
Вывод
Открытия Джона Роберта Шриффера пока не стали частью повседневного быта, однако их значение для науки и технологий трудно переоценить. Теория БКШ остается фундаментом современных исследований сверхпроводимости и служит основой для будущих прорывов — от сверхэффективных трансформаторов до новых систем связи и транспорта. История Шриффера наглядно показывает, что даже идея, возникшая в обычной поездке в метро, может изменить ход научного прогресса и приблизить человечество к технологиям завтрашнего дня.