«Гроб Магомета»: как предание помогло ученым в демонстрации сверхпроводимости

Некоторые физические явления, которые давно и активно используются в современной технике, продолжают удивлять научный мир. Среди них сверхпроводимость, открытая больше века назад.

В конце 1870-х годов ведущие физики начали эксперименты по сжижению газов. Сначала удалось получить жидкий кислород, затем — азот, а в 1898 году шотландец Джеймс Дьюар добился сжижения водорода.

Параллельно вопросом изменения свойств веществ при сверхнизких температурах занимался нидерландский ученый Хейке Камерлинг-Оннес: он построил криогенную лабораторию, в которой сумел довести рабочую температуру почти до абсолютного нуля.

Среди прочего она использовалась для изучения зависимости электрического сопротивления материалов от температуры. Считалось, что при приближении к абсолютному нулю электроны «замерзнут» и даже лучшие проводники из известных перестанут пропускать ток.

Однако в апреле 1911 года Камерлинг-Оннес обнаружил, что при –270°C электрическое сопротивление ртути, наоборот, стало ничтожным.

Явление сверхпроводимости казалось чудесным, ведь оно не вписывалось ни в одну из физических теорий, принятых в то время. Через год его выявили у свинца и олова, позднее — у таллия и урана.

В ходе дальнейших исследований немецкий физик Вальтер Мейснер открыл еще один необычный эффект: оказалось, что при сверхпроводимости происходит «вытеснение» магнитного поля из проводника.

Впоследствии для иллюстрирования эффекта ученые придумали наглядный эксперимент, названный «гроб Магомета» (на основе средневекового европейского предания, согласно которому железный гроб с телом пророка Мухаммеда парил в центре Мекки).

Небольшой магнитик кладут на проводник, изготовленный из оксида иттрия-бария-меди, затем начинают охлаждать последний жидким азотом до тех пор, пока не проявится сверхпроводимость, — в результате магнитик плавно поднимается вверх и начинает левитировать.

Профаны часто путают эффект Мейснера с гипотетической антигравитацией, но, конечно, ничего общего они не имеют. Его физическая природа состоит в том, что при сверхпроводимости возникает только поверхностный электроток в тончайшем слое материала.

Магнитное поле, которое им создается, компенсирует внешнее поле в толще проводника, что и приводит к взаимному отталкиванию объектов.

Антон Первушин