金茲伯格
提供理論架構,開啟超導體應用的決定性作用
 
阿布里科索夫
發現高臨界磁場的超導物質之存在
 
萊吉特
提出可能的實驗求驗氦三超流是的有序態
 
麥金農
開啟離子通道的原子機制研究
 
阿格雷
研究水通道、水通透機制與結構的領導者

科技網
藝文村
文/ 吳茂昆、 葉崇傑
 「2003年諾貝爾獎系列•物理之旅  
超導體、超流體理論的開創性貢獻
2003.11.2 中國時報

萊吉特
提出可能的實驗求驗氦三超流是的有序態

底下我們介紹萊吉特對氦三(He3)形成超流的貢獻。液態氦是唯一在絕對溫度零度仍不固化的液體。更奇特的是液氦降至極低溫時,會呈現如同超導體的無阻滯超流現象,也就是說無外加壓力梯度情況下,這些超流液體仍可維持穩定流動。氦有兩種同位素─氦三與氦四。

兩種同位素的液態在低溫都會變成超流。氦四的超流早在1930年代即被發現,經由卡必薩(Kapitza)、藍道、費因曼(Feynman)等人的研究,我們知道根據量子力學原理,氦四原子是一種玻色子,其行為會依循玻色-愛因斯坦統計,所有玻色子喜歡佔有相同的量子狀態。這個玻色-愛因斯坦凝聚效應,是氦四形成超流的物理基本機制。然而,氦三與氦四原子比較雖然僅有少了一個中子的差異,但它們形成超流態的情形卻是非常不一樣的。

氦三要到低於絕對溫度0.001度(攝氏零下273.159度)才變成超流。此現象首先被李大衛(David Lee)、理查遜(Bob Richardson)及歐旭羅福(Doug Osheroff)於1972年觀察到(他們三位因此而得到1996年諾貝爾物理獎)。在1972年之前,有許多對氦三形成超流態的討論與預測。而第一次的實驗結果,歐旭羅福等人也未能完全確定他們已看見氦三的超流態。

但他們經由更精密的核磁共振實驗,觀察到在被疑似相變的區間有一個核磁共振頻率的改變。萊吉特對此一結果進行仔細的分析後,終於確定了氦三的超流態。萊吉特不僅提出對此頻率變化的物理解釋,他更積極的提出幾個可能的實驗來求驗氦三超流是那一類的有序態。

實驗與萊吉特理論分析的結果顯示︰氦三超流態的形成與物質形成超導態非常類似。物質的超導態是由於兩個電子配對所造成的;而氦三超流態則是由兩個氦三原子形成配對,變成一有效的玻色子而達成。與超導的另一差異是,此兩個氦三原子是以平行的自旋方向形成配對,而超導電子則以相反的自旋方向配對。因此,氦三超流態在低溫與外磁場的影響下,呈現相當豐富但複雜的超流狀態。萊吉特非常成功地提出一套理論,來解釋並預測這些奇特的氦三超流狀態。目前,氦的超流現象,除了被用來研究其他現象的工具(例如探討混沌狀態下,原子的排列情形、或超高靈敏的旋轉測試儀),並未有何實質的應用。

郭可夫 對超導理論的發展,貢獻與阿布里科索夫不遑多讓

今年的諾貝爾獎的三位得獎者確屬實至名歸。然而,多數在相關領域工作者聽到消息的反應是︰為何另一位俄國(目前也已移居美國)的物理學家郭可夫(L. P. Gorkov) 不在名單內?郭可夫與阿布里科索夫合作多年,對超導理論發展的貢獻與阿布里科索夫相較,並不多讓。

尤其他證明BCS微觀理論與金茲伯格─藍道唯象理論相對等的工作,對後來從事超導理論工作的人有非常深遠的影響。郭可夫的遺珠,可能是宥於諾貝爾獎每次只能給予不超過三人的規定。如果諾貝爾獎可以給四個得獎者,則更完美的安排是︰1996年的獎應同時給三位實驗者加上萊吉特,而今年則可包括郭可夫,甚至藍道如果還在世的話。也許,這就是所謂的世事未能盡如人意吧。


 

 

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