Physik-Nobelpreis für Supraleitung und Suprafluidität

Fluss ohne Widerstand: Drei Forscher ausgezeichnet. Der Physik-Nobelpreis 2003 geht an Alexei A. Abrikosov (Argonne National Laboratory, USA), Vitaly L. Ginzburg (P.N. Lebedev Physical Institute, Russland) und Anthony J. Leggett (University of Illinois, USA) für ihre Arbeiten zu den quantenphysikalischen Phänomenen Supraleitung und Suprafluidität. Supraleitendes Material wird z.B. in Magnetkameras für medizinische Untersuchungen und in Teilchenbeschleunigern in der Physik verwendet. Kenntnisse über suprafluide Flüssigkeiten können vertiefende Einsichten darüber geben, wie die Materie in ihrem niedrigsten und meistgeordneten Energiezustand auftritt.

7. Oktober 2003 um 12:12 Uhr / Jens Ihlenfeld

Bei niedrigen Temperaturen, einige Grade über dem absoluten Nullpunkt, lassen gewisse Metalle elektrischen Strom ohne Widerstand passieren. Derartige supraleitende Materialien haben darüber hinaus die Eigenschaft, den Magnetfluss ganz oder teilweise zu verdrängen. Diejenigen, die den Magnetfluss ganz verdrängen, werden als Typ-I-Supraleiter bezeichnet und eine Theorie über diese wurde 1972 mit dem Nobelpreis in Physik ausgezeichnet. Die Theorie, die darauf aufbaut, dass Elektronenpaare gebildet werden, erwies sich jedoch zur Erklärung der Supraleitung in den technisch wichtigsten Materialien als unzureichend. Diese so genannten Typ-II-Supraleiter lassen Supraleitung und Magnetismus zusammen existieren und bleiben in hohem Magnetfeld supraleitend.

Alexei Abrikosov gelang die theoretische Erklärung dieses Phänomens. Er ging von einer Theorie aus, die von u.a. Vitaly Ginzburg für Typ-I-Supraleiter ausgearbeitet worden war, sich aber als so umfangreich erwies, dass sie auch auf den neuen Typ anwendbar war. Obwohl die Theorien schon in den 50er-Jahren formuliert wurden, haben sie neue Aktualität durch die schnelle Entwicklung von Materialien mit ganz neuen Eigenschaften erhalten. Nun können diese bei immer höheren Temperaturen und stärkeren Magnetfeldern supraleitend gemacht werden.

Flüssiges Helium kann suprafluid werden, d.h. die Viskosität verschwindet bei niedrigen Temperaturen. Atome des seltenen Isotops 3He müssen Paare bilden, analog zu den Elektronenpaaren in metallischen Supraleitern. Anthony Leggett konnte in den 70er-Jahren eine Theorie formulieren, die erklärt, wie die 3He-Atome in dem suprafluiden Zustand wechselwirken und geordnet werden. Vor kurzem ausgeführte Modellstudien zeigen, wie diese Ordnung in Chaos oder Turbulenz übergeht. Das ist eines der von der klassischen Physik ungelösten Probleme.