Первый успех пришел в 1958 году, когда сразу три (!) советских ученых -
Павел Алексеевич Черенков,
Игорь Евгеньевич Тамм и Илья Михайлович Франк получили Нобелевскую премию по физике за открытие и истолкование эффекта Вавилова-Черенкова. Суть этого эффекта состоит в том, что заряженная частица, движущаяся в среде с постоянной скоростью, превышающей фазовую скорость света в этой среде, начинает излучать свет. Впервые это явление было обнаружено П.А.Черенковым в 1934 году при исследовании гамма-люминесценции растворов. В 1937 году это явление было теоретически объяснено И.Е. Таммом и И.М. Франком. Излучение Черенкова широко используется в физике высоких энергий для регистрации релятивистских частиц и определения их скоростей. Практически все современные детекторы частиц высоких энергий используют черенковские счетчики.
Следующий триумф советской физики состоялся в 1962 году. За "революционные теории в области физики конденсированного состояния, особенно жидкого гелия" Нобелевская премия по физике была присуждена
Льву Давидовичу Ландау. Газообразный гелий переходит в жидкое состояние при охлаждении до температуры ниже 4,2К. В этом состоянии гелий называется гелием-1. При охлаждении до температуры ниже 2,17К гелий переходит в жидкость, называемую гелием-2 и обладающую необычными свойствами. Гелий-2 протекает сквозь мельчайшие отверстия с такой легкостью, как будто у него полностью отсутствует вязкость. Он поднимается по стенке сосуда, как будто на него не действует сила тяжести, и обладает теплопроводностью, в сотни раз превышающей теплопроводность меди. Капица назвал гелий-2 сверхтекучей жидкостью. Л.Д.Ландау объяснил сверхтекучесть, выдвинув гипотезу о существовании двух компонент движения, или возбуждения: фононов, описывающих относительно нормальное прямолинейное распространение звуковых волн при малых значениях импульса и энергии, и ротонов, описывающих вращательное движение, т.е. более сложное проявление возбуждений при более высоких значениях импульса и энергии. Наблюдаемые явления обусловлены вкладами фононов и ротонов и их взаимодействием. Жидкий гелий, утверждал Ландау, можно рассматривать как «нормальную» компоненту, погруженную в сверхтекучий «фон». Теория Ландау помогла существенно продвинуться в понимании природы сверхпроводимости.
Очередного успеха ждать пришлось не долго. В 1964 году
Николай Геннадьевич Басов и
Александр Михайлович Прохоров (совместно с американцем Чарльзом Таунсом) получили Нобелевскую премию за "фундаментальную работу в области квантовой электроники, которая привела к созданию генераторов и усилителей, основанных на лазерно-мазерном принципе". Лазеры - это генераторы и усилители когерентного излучения в оптическом диапазоне, действие которых основано на индуцированном (вызванном полем световой волны) излучении квантовых систем - атомов, ионов, молекул, находящихся в состояниях, существенно отличных от термодинамического равновесия. Лазеры, как и мазеры, генераторы и усилители СВЧ диапазона, называют еще квантовыми генераторами (усилителями), поскольку поведение участвующих в их работе частиц описывается законами квантовой механики. Принципиальным отличием лазеров от всех других источников света (тепловых, газоразрядных и др.), представляющих собой по сути дела источники оптического шума, является высокая степень когерентности лазерного излучения. С созданием лазеров в оптическом диапазоне появились источники излучения, аналогичные привычным в радиодиапазоне генераторам когерентных сигналов, способные успешно использоваться для целей связи и передачи информации, а по многим своим свойствам - направленности излучения, полосе передаваемых частот, низкому уровню шумов, концентрации энергии во времени и т.д. - превосходящие классические устройства радиодиапазона.
Через 14 лет, в 1978 году, лауреатом Нобелевской премии по физике стал
Петр Леонидович Капица. Премия была присуждена с формулировкой "за изобретения и открытия в физике низких температур". Однако, по сути, премия явилась данью заслугам Петра Леонидовича перед наукой. П.Л.Капице было 84 года, когда ему присудили премию за работы, которые он сделал в далекой молодости. С этим связан один забавный факт. Нобелевскую лекцию полагается читать по теме отмеченного открытия. Но Капица был неординарный человек. Он сказал: "Я уже забыл, чем занимался в молодости, лучше я расскажу, что делаю теперь". В частности, П.Л.Капица разработал метод определения магнитного момента атома, занимался исследованием искривления траекторий альфа-частиц в сильном магнитном поле, работал в области физики низких температур, исследовал сжижение гелия и воздуха, их поведение в охлажденном состоянии.
После 1978 года наступило долгое затишье. Лишь в 2000 году
Жорес Иванович Алферов (совместно с Гербертом Кремером) стал лауреатом Нобелевсой премии за "открытия в области полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной электроники и оптоэлектроники". Гетероструктура представляет из себя многослойный "бутерброд" из состыкованных вместе полупроводников разного состава, в котором каждый слой имеет свою ширину запрещенной зоны и положение потолка валентной зоны и дна зоны проводимости. Одним из ярких применений полупроводниковых гетеропереходов является полупроводниковый лазер или лазерный диод. Полупроводниковый лазер - это полупроводниковый диод, включенный в прямом направлении. Барьер между p и n областями понижен почти до нуля. В результате электроны интенсивно диффундируют в p область, а дырки - в n область, что может привести к созданию инверсной заселенности, то есть ситуации, когда нижние энергетические состояния (дырочные) пустые, а верхние (электронные) - заполнены. Часть электронов рекомбинирует с дырками без излучения света, что подавляет инверсию и делает сложным получение вынужденного излучения. Рабочая область лазера на гетеропереходе является ямой как для электронов, так и для дырок, что позволяет собрать в одном месте электроны и дырки и усилить инверсию. Впервые лазеры на гетеропереходах были реализованы в 1969 году в работах группы ленинградских физиков из Физико-технического института и американских физиков Крессела, Нельсона, Хаяси и Паниша. Именно на основе гетеропереходов создаются современные полупроводниковые лазеры. Они широко применяются в CD плейерах, лазерных указках, CD ROM. Но, помимо лазеров, гораздо большее значение имеют гетероструктуры для физики низкоразмерных систем. Область с малой шириной запрещенной зоны ограничивает движение электронов в поперечном направлении и, при достаточно малой толщине, движение электронов в этом направлении квантуется. В результате электроны живут как бы в "двумерном" мире. Свойства такого мира отличаются от трехмерного, что приводит к громадному разнообразию новых физических явлений. Эти системы послужили основой для создания быстродействующих элементов электронной техники. Без них не могут существовать ни мобильные телефоны, ни спутниковые антенны, ни компьютеры.
И, наконец, буквально на днях пришло сообщение о присуждении Нобелевской премии В.Л.Гинзбургу и А.А.Абрикосову "за вклад в развитие теории сверхпроводимости и сверхтекучести". А значит не за горами и обновление нашего сайта! |