Физика

Нобелевские лауреаты: Брайан Дэвид Джозефсон

От сверхпроводимости к парапсихологии

Aнглийский физик Брайан Дэвид Джозефсон

Liam Woon/National Portrait Gallery/University of Illinois/Indicator.Ru

Как студентом сделать работу нобелевского уровня и получить премию в возрасте Христа, рассказывает новый выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Брайан Дэвид Джозефсон

Родился: 4 января 1940 года, Кардифф, Уэльс, Великобритания.

Нобелевская премия по физике 1973 года (1/2 премии, вторую половину разделили Лео Эсаки и Айвар Джайевер). Формулировка Нобелевского комитета: «За теоретическое предсказание свойств тока сверхпроводимости, проходящего через туннельный барьер, в частности явлений, обычно называемых эффектом Джозефсона (for his theoretical predictions of the properties of a supercurrent through a tunnel barrier, in particular those phenomena which are generally known as the Josephson effect)».

Как мы помним, в 1972 году Нобелевскую премию по физике разделили три ученых, объединившихся в аббревиатуре «БКШ-теория». И связана эта премия была со сверхпроводимостью. В следующем году Нобелевский комитет отметил еще трех физиков — и тоже в связи с этим. Но если нобелевская работа Бардина — Купера — Шриффера была сделана в 1956–57 годах, как раз тогда, когда Джон Бардин получал свою первую Нобелевку, то следующий прорыв произошел пятью годами позже. Наш герой совершил его в студенческом возрасте, а свою Нобелевскую премию он получил в 33 года, став восьмым по молодости лауреатом в области естественных наук. Но обо всем по порядку.

Первый (и, кажется, до сих пор единственный) прославленный валлийский физик родился в Кардиффе в еврейской семье Авраама Джозефсона и его супруги Мими (в девичестве Вейсбард).

Джозефсон до сих пор благодарит некоторых школьных учителей из Кардиффа за то, что они помогли ему, особенно учителя физики Эмриса Джонса, который познакомил его с теоретической физикой. В 1957 году он отправился в Кембридж, где сначала изучал математику в Тринити-колледже. Окончив курс математики за два года и найдя его несколько бесплодным, он решил переключиться на физику.

В Кембридже его считали блестящим, но очень застенчивым студентом. «Кто этот Джозефсон? Похоже, он проходит через теорию, как нож сквозь масло», — обсуждали его экзаменаторы.

Супервайзер Джозефсона Брайан Пиппард

Еще в возрасте 20 лет, работая студентом-исследователем в знаменитой Мондской лаборатории под руководством Брайана Пиппарда, Джозефсон заявил о себе как гениальный физик. В 1960 году он «подправил» всех физиков, связанных с эффектом Мессбауэра (напомним, что Рудольф Мессбауэр получил свою Нобелевскую премию в еще более молодом возрасте, в 32 года, за работу, сделанную в качестве PhD). Его статья показала, что разница в температуре источника и приемника гамма-излучения всего на градус приводит к искажениям результата порядка той величины, которую пытались таким образом измерить. Неплохо для студента, да? Неудивительно, что про него говорили: даже без эффекта Джозефсона он бы все равно оставил след в истории физики.

Но уже через два года наш герой, еще будучи студентом, придумал, как применить БКШ-теорию. Он понял, что если взять два сверхпроводящих слоя, разделив их перемычкой толщиной в несколько атомов, то эти слои будут вести себя как единая система. Оказалось, что ток может течь через изолятор и при отсутствии разности потенциалов между двумя проводниками (стационарный эффект Джозефсона). Это возможно благодаря туннелированию куперовских пар через такой барьер. «Нобелевская статья» Джозефсона «Возможно, новый эффект в сверхпроводящем туннелировании» вышла в журнале Physics Letters под его единоличным авторством.

В следующем году его теоретические выкладки получили экспериментальное подтверждение.

Оказалось также, что, если приложить постоянное напряжение по обе стороны перехода, куперовские пары электронов начнут перемещаться через барьер сначала в одном направлении, а затем в обратном, в результате чего возникнет переменный ток, частота которого увеличивается по мере роста напряжения. Это явление получило название нестационарного эффекта Джозефсона. Так в 22 года им была сделана работа нобелевского уровня, и очень быстро она получила практическое применение. И какое!

Во-первых, использование эффекта Джозефсона позволило гораздо точнее измерить фундаментальные константы (например, постоянной Планка). А во-вторых, на основе этого эффекта получилось создать то, что получило название SQUID — «сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство». Датчики SQUID стали самыми чувствительными датчиками магнитного поля и сразу же нашли множественные применения в самых разных областях. Например, в нейробиологии — появилась возможность измерять магнитную активность головного мозга и сразу же продвинуться в изучении этого гораздо дальше. Неудивительно, что Нобелевская премия пришла уже в 33.

А потом… Нужно не забывать, какое тогда было время: начало 1970-х. Джозефсон познакомился с уже модной тогда трансцендентальной медитацией. И ударился в изучение всяких паранормальных явлений, пытаясь совместить квантовую физику и предвидение, телепатию, телекинез и гомеопатию. Поклонение Махариши Махеш Йоги было столь велико, что в 1974 году его чуть не побили на одном симпозиуме в Версале за то, что он заставлял всех читать Бхагавад-гиту.

Джозефсон даже был привлечен к работе знаменитой американской Fundamental Fysiks Group. К слову, группа обрела покровителей в ЦРУ (вот что творит имя нобелевского лауреата), и для нее была сделана даже новая программа, получившая название ESPionage. С тех пор прошло 45 лет, но Джозефсон продолжает свои попытки. По крайней мере, это достойно уважения.