В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся] - [2]

Истина в итоге всегда будет обнаружена. Но ошибка при оценке отрицательного результата может надолго закрыть перспективный путь исследований.

Тема следующего доклада — сверхпроводимость. Она была открыта в 1911 г., но прошло больше 20 лет, прежде чем было установлено, что сильное магнитное поле разрушает сверхпроводимость, возвращает металлу электрическое сопротивление.

Можно ли сказать, что магнитное поле и сверхпроводимость всегда исключают друг друга? Это один из вопросов, на которые должны были ответить эксперименты, проведенные в Институте физических проблем. О них рассказал руководитель этой работы доктор физико-математических наук Ю. В. Шарвин, ныне член-корреспондент АН СССР. Он отметил, что переход из сверхпроводящего состояния в нормальное под действием магнитного поля в большинстве случаев оказывается постепенным. И в каком-то интервале значений магнитной индукции сверхпроводящее вещество оказывается в некотором особом состоянии, которое получило очень естественное название — промежуточное состояние.

В 1946 г. А. И. Шальников остроумными экспериментами доказал, что промежуточное состояние является просто смесью областей сверхпроводящего и нормального (проводящего) состояния. К этому времени Л. Д. Ландау создал количественную теорию строения вещества в промежуточном состоянии, согласно которой образец разделяется на чередующиеся сверхпроводящие и нормальные слои. Еще через несколько лет в Институте физических проблем удалось разработать неожиданно простую методику, с помощью которой структуру промежуточного состояния можно было увидеть просто, как говорится, невооруженным глазом. Над образцом распыляли тонкий железный или никелевый порошок, который притягивался нормальными областями, оставляя чистыми сверхпроводящие области. Перед учеными открылось бесконечное разнообразие узоров, состоящих из зигзагов, веточек, пятнышек, очень красивых, но слишком сложных для сопоставления с теорией.

В то время, когда делалась эта работа, и встал вопрос: какой вид будет иметь промежуточное состояние, если через образец пропустить электрический ток? Проще всего было предположить, что возникнет какое-то новое, еще более запутанное расположение слоев. Голландский физик Гортер указал и на более интересную возможность. При определенных условиях, считал он, сверхпроводящие слои должны двигаться по образцу, так как электрический ток будет концентрироваться в сверхпроводящих «жилках», и они, эти сверхпроводники в проводнике, начнут двигаться в магнитном поле, подобно ротору электромотора.

Предположение Гортера было проверено на опыте, показалось, что слои двигаться «не хотят». Они располагались поперек направления тока и оставались неподвижными. Но вот в Институте физических проблем испробовали новый метод, основанный на том, что движение слоев вблизи контакта тонкой проволочки с образцом приводит к колебаниям сопротивления, а их нетрудно измерить. С помощью этого метода было гораздо легче заметить движение слоев, чем с помощью магнитного порошка.

Исследования, проведенные этим методом, показали, что если образец достаточно чист и однороден, то движение сверхпроводящих слоев скорее является правилом, чем исключением. Можно расположить на поверхности образца два микроконтакта на небольшом расстоянии друг от друга и таким образом определить направление и скорость движения слоев. Скорость эта довольно мала — обычно лишь тысячные доли сантиметра в секунду, примерно с такой скоростью движется конец минутной стрелки наручных часов. И всегда существует одно исключительное направление слоев, при котором они стоят на месте. Если образец недостаточно однороден, то слои «зацепляются» за эти неоднородности, поворачиваются и вытягиваются, как флаг по ветру.

Так была выяснена еще одна интересная деталь во взаимодействии магнитного поля и сверхпроводимости, — той самой сверхпроводимости, которую пристально изучает физика и с которой связаны большие надежды техники.

Проблемам физики твердого тела на сессии было посвящено еще несколько докладов. В одном из них подводились итоги интересным работам, выполненным физиками Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.

Наряду с добыванием энергии и информации основой материального прогресса является и преобразование вещества. Сюда прежде всего относятся химические преобразования — создание новых молекул из стандартного набора атомов, изменение архитектуры молекул, изменение молекулярного состава вещества.

Так мы получаем нейлон из нефти или спирты из газов. Но химия— это далеко не последняя ступень на иерархической лестнице сотворения вещества. Начало века ознаменовалось тем, что физики научились переделывать атомное ядро, превращая, например, азот в углерод или уран в плутоний. Работа, о которой шла речь, была посвящена преобразованию вещества путем изменения электронной структуры его атомов.

Свойства любого атома, как известно, определяются не только числом электронов на орбитах, но и их энергией. Чем ближе электрон к ядру, тем сильнее он связан с ядром, тем ниже, как принято говорить, энергетический уровень этого электрона.