Вблизи абсолютного нуля - [32]

Так и оказалось. Все идет, как обычно, пока температура сравнительно велика. (Это, конечно, с точки зрения абсолютного нуля. Какие-нибудь —250 градусов Цельсия!)

Что значит обычно? Температура падает, и сопротивление немного понижается. Но вот мы перешли границу. Повинуясь каким-то своим законам, квази-частицы электронной жидкости дружно объединились парами. Электронная жидкость мгновенно стала сверхтекучей. Теперь путь для нее в проводнике полностью свободен. Сопротивления нет. Ничто больше не мешает электрическому току. Он может идти вечно, на радость конструкторам мощных электромагнитов!

Точную теорию сверхпроводимости развил советский математик и физик — академик Николай Николаевич Боголюбов. Мы не зря сказали, что он физик и математик. Академик. Боголюбов работает, как теперь говорят, на стыке наук. Тут математика так тесно смыкается с физикой, что трудно порой определить, к какому же разделу науки относятся эти вопросы и их решения. Теория сверхпроводимости не простая: она сложна математически.

Но в двух словах можно сказать о ней так. Когда электронам металла становится «очень холодно», они начинают двигаться парами. А чтобы такие пары затормозить, надо их разорвать, разъединить, то есть совершить работу.

Сделать это в таких условиях нельзя, слишком мала температура электронной жидкости. Так и гуляют электроны парами без сопротивления.

Новая теория сверхпроводимости не только хорошо объяснила все, что до сих пор казалось непонятным и неясным. Ученые предсказали новые явления. И вскоре экспериментаторы их обнаружили. Это было блестящей победой теории. Ведь любая теория должна не только объяснять эффекты уже обнаруженные, но и предсказывать новые. Тогда она особенно ценна.

Экспериментальные заботы

Настала пора посмотреть, как же практически ученые работают при сверхнизких температурах, как они действуют в этих необычных условиях, что изучают, что измеряют.

Это будет встреча с абсолютным нулем «лицом к лицу».

Пройдемся по лабораториям института физических проблем. Это передовой фронт большой науки — физики низких температур.

Ученые изучают тут поведение различных веществ в необычных условиях сверххолода. Ведь еще не все изучено, еще не все ученые поняли.

Вот, например, металлы. Раньше считали, что сверхпроводимость наступает отнюдь не у всех, что это удел избранных.

А вдруг оказалось, что очень чистые металлы, раньше никакими странностями не отличавшиеся, тоже становятся сверхпроводниками. Надо только как следует очистить их от примесей.

В криостатах залит жидкий гелий. Но температуры, при которой он появляется — конденсируется, исследователям мало. Поэтому с жидким гелием производят различные манипуляции, чтобы температура упала еще ниже. Один градус, десятые, даже сотые доли градуса Кельвина — вот с каким «холодом» имеют дело ученые.

Жидкий гелий производят тут же, на месте. И жидкий азот в институте также готовят сами.

Две фабрики жидких газов расположены рядом. Азот появляется, как обычно, в ректификационной колонне. А жидкий гелий получают из привозного газа. Большие газовые баллоны, затем компрессоры, и газ под давлением попадает в турбодетандер.

Сорок литров жидкого гелия в час — продукция этого «завода».

Жидкого азота нужно, конечно, больше. Чтобы сохранить подольше температуру гелия, надо оградить его жидким газом. Вообще говоря, можно использовать водород. Но мы знаем про коварство этого вещества. Водород легко взрывается. Работа с жидким водородом требует различных предосторожностей.

Другое дело — жидкий азот. Вот он покоится в большом металлическом дьюаре. Правда, с виду и азот ведет себя беспокойно: кипит на воздухе. Небольшие струйки пара вырываются наружу. Но это никого не пугает.

Выплеснем из дьюара немного жидкости. Смешные шарики покатились по полу. И через секунду испарились. Жидким азотом брызнем на руку. Ничего страшного не произойдет! Мимолетный небольшой ожог, как будто легонько прошлись по руке крапивой.

От тепла человеческого тела жидкий азот мгновенно вскипает. И серьезных неприятностей причинить не может. Правда, особенно зевать не надо. Все-таки температура почти что минус 200 градусов!

Криостаты, в которых ученые добиваются встречи с абсолютным нулем, на вид довольно простые. В большом дьюаре — жидкий азот. Внутри его дьюар меньшего размера. В нем — жидкий гелий. От этого дьюара тянутся трубы насосов. Если откачивать жидкий гелий, можно еще сильнее понизить температуру. Ведь и в этом случае самые быстрые молекулы улетучатся. Значит, жидкость станет еще холоднее. Так и добираются ученые до десятых долей градуса. То есть к самому-самому абсолютному нулю.

На одной из установок нас встретил твердый гелий.

У атомов гелия также есть две разновидности — два изотопа. Они называются гелий-3 и гелий-4 (Не-3 и Не-4). Цифры 3 и 4 означают, что атом гелия в три или четыре раза тяжелее атома самого легкого элемента — водорода. Гелий-3 начали изучать совсем недавно. Толком узнали его лишь за последние десять лет. Он оказался куда «покладистее» обычного изотопа — гелия-4. Например, легко замерзает, превращается в твердое тело. Сверхтекучести в нем нет. Кроме того, этот редкий изотоп отличается еще рядом особенных свойств. Вот почему ученые рьяно взялись за изучение именно гелия-3.