Наука и жизнь, 1999 № 01

Квантовые жидкости имеют ряд общих свойств, например сверхтекучесть, но обладают и существенными различиями. Некоторые из них, подобные жидкости Лохлина, состоят из отдельных частиц.

Кроме сверхтекучести, которая объясняет исчезновение омического сопротивления при скачках сопротивления Холла, новая квантовая жидкость имеет ряд любопытных свойств. Наиболее примечательным из них оказалось то, что попавший в нее электрон возбуждается, вызывая рождение нескольких квазичастиц с дробным электрическим зарядом. Это не частицы в общепринятом смысле слова, а следствие группового «танца» электронов в квантовой жидкости. Роберт Лохлин впервые показал, что для объяснения результатов Штормера и Цуи квазичастицы должны иметь именно дробные электрические заряды.

Новая квантовая жидкость практически несжимаема: на сжатие она отвечает рождением большего количества квазичастиц, а на это требуется дополнительная энергия.

Для физиков – специалистов по так называемым сильным взаимодействиям – открытие и объяснение дробного квантового эффекта Холла очень важно. Это – косвенная демонстрация реального существования квантовой жидкости и квазичастиц, несущих дробный электрический заряд. В последнее время несколько исследовательских групп наблюдали, например, очень малые изменения силы тока, которые следует приписать квазичастицам, движущимся по проводнику. Подобные эксперименты можно уподобить записи шороха одной градины во время грозы, по которой устанавливают, что ее размер составляет дробную часть нормального. Их можно рассматривать как исчерпывающую проверку правильности полученных результатов Штормера и Цуи.

Какие же последствия имеет открытие Штормера, Цуи и Лохлина? Прежде всего, оно означает, что элементарный заряд электрона е оказался не элементарным. В связи с этим возникает вопрос: сохранится ли в физике будущего величина е в качестве фундаментальной константы? Далее – открытие служит аргументом, причем решающим, в пользу кварковой теории строения адронов. А исследование материи на субэлементарном уровне может привести к ошеломляющим результатам. Энергия взаимодействия кварков в адроне, по грубой оценке, настолько же больше энергии взаимодействия нуклонов в ядре (которая выделяется при взрыве водородной бомбы), насколько та превышает энергию взаимодействия электронов с ядром, высвобождающуюся в химических реакциях. Вполне можно представить себе реакцию синтеза адронов в «кварковом газе», энергию которой придется оценивать уже в мегатоннах «водородного эквивалента».

Чрезвычайно интересна и сама сверхпроводящая и сверхтекучая квантовая жидкость Лохлина с точки зрения ее возможного технического использования. А то, что все эффекты наблюдались практически в двумерном пространстве, наводит на мысль, что мы стоим на пороге новых двумерных и одномерных технологий. Этому обстоятельству большое внимание уделяют и сами лауреаты.

И в заключение – перечень сотрудников Белловских лабораторий, удостоенных высокой награды, который очень хотелось бы довести до сведения руководителей нашего государства.

1937 год. Профессор Клинтон Девиссон экспериментально доказал волновую природу электронов и стал первым нобелевским лауреатом Белловских лабораторий.

1956 год. Джон Бардин, Уолтер Браттейн, Уильям Шокли удостоены Нобелевской премии за изобретение транзистора.

1964 год. Чарльз Таунс (совместно с российскими учеными Н.Г.Басовым и А.М.Прохоровым) удостоен Нобелевской премии за изобретение лазера.

1978 год. Арно Пензиас удостоен Нобелевской премии по физике за открытие реликтового излучения.

1981 год. Артур Л. Шавлов удостоен Нобелевской премии по физике за работы в области лазерной спектроскопии.

1996 год. Дуг Ошеров удостоен Нобелевской премии по физике за работы в области сверхпроводимости, Гарольд Крото – Нобелевской премии по химии за открытие новой формы молекул углерода, фуллерена С-60.

1997 год. Стивен Чу удостоен Нобелевской премии по физике за работы в области охлаждения атомов до предельно низких температур.

1998 год. Хорст Штормер удостоен Нобелевской премии за открытие дробного квантового эффекта Холла.

Итого одиннадцать нобелевских лауреатов в одной организации – число, значительно превышающее средний уровень даже для развитых стран, не говоря уже об организациях. Причина этого предельно проста. Компания Lucent Technologies, в состав которой входят Белловские лаборатории, считает необходимым выделять 11% оборота, составившего в 1998 финансовом году 26 миллиардов долларов, на научные исследования, в том числе 1% – на исследования фундаментальные…