НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1973 г. / ФИЗИКА / БРАЙЪН ДЖОУЗЕФСЪН

Брайън Джоузефсън (Brian Josephson)

4 януари 1940 г.

Нобелова награда за физика (заедно с Лео Есаки и Айвър Джайъвър)

(За теоретичното предсказване на свойствата на ток, протичащ през тунелна бариера, в частност на явленията, известни днес под названието ефекти на Джоузефсън.)

Уелският физик Брайън Дейвид Джоузефсън е роден в Кардиф в семейството на Ейбрахам и Мими Джоузефсън. Като завършва местно средно училище, той постъпва в колежа “Тринити” към Кеймбриджкия университет и го завършва през 1960 г. със степента бакалавър. В същия колеж получава степента магистър и доктор на науките (1964 г.). От 1962 до 1969 г. е младши научен сътрудник в колежа “Тринити”.

Джоузефсън става известен за първи път, когато, още през студентските си години (1960 г.), обръща внимание на това, че всички изследователи, които прилагат ефекта на Мьосбауер (наречен на името на Рудолф Л. Мьосбауер) за измерване на гравитационното червено отместване на гама-излъчването (което може да се разглежда като светлина, притежаваща висока енергия), са пропуснали да забележат основния източник на грешки в своите експерименти. Общата теория за относителността на Айнщайн посочва, че движението на фотоните (по-специално на фотоните на гама-излъчването) в гравитационно поле се съпътства от промяна на тяхната енергия. Експериментаторите се опитват да измерят изменението на дължината на вълната на гама-излъчването, разпространяващо се отдолу нагоре и отгоре надолу. Джоузефсън забелязва, че разликата между температурата на източника и детектора на гама-излъчването само с 1°С води до изместване на дължината на вълната до величина, приблизително равна на тази, която експериментаторите се опитват да измерят. Откритието на Джоузефсън кара учените да повторят своите изследвания при строг контрол върху температурата на най-важните части на измерващите прибори.

Около 1962 г. Джоузефсън започва да проучва свръхпроводимостта - явление, състоящо се в това, че при охлаждане на веществата до температура под дадена критична температура електрическото им съпротивление пада до нула. Малко преди това Айвър Джайъвър, който работи в компанията “Дженерал електрик”, открива, че ако електрическият контакт се осъществява между свръхпроводим материал и нормален метал с много тънка прослойка изолатор, разделящ двата проводника, неговите електрически свойства ще позволят да се получи информация за свойствата на свръхпроводника. През 1962 г. Джоузефсън изчислява теоретично поведението на аналогичен контакт между два свръхпроводника. Той открива, че токът може да протича през изолатора и при отсъствие на разлика в потенциалите между двата проводника (стационарен ефект на Джоузефсън). Това е резултат, който е съвсем неочакван и не се съгласува с класическите физични модели. Джоузефсън предполага също така, че ако към контакта се приложи разлика в потенциалите, през него ще премине осцилиращ ток с честота, зависеща само от големината на приложеното напрежение (нестационарен ефект на Джоузефсън). Двата ефекта са много чувствителни към магнитното поле в контактната област. Тези явления са потвърдени скоро и експериментално и техните свойства се оказват напълно съвместими с теорията на Джоузефсън. Нещо повече, много експериментатори, използвайки методиката на Джайъвър, наблюдават и преди това ефектите на Джоузефсън, но ги отхвърлят като “шумове”.

Откриването на ефектите на Джоузефсън оказва съществено влияние върху съвременната физика. Те допринасят за създаването на принципно нов квантов стандарт на напрежението, използван днес в много национални бюра по стандарта. Съединявайки в затворена верига два джоузевсънови контакта, експериментаторите конструират необичайно чувствителни датчици за магнитни полета. Тези устройства, наречени скуиди (от англ. SQUID - свръхпроводящо квантово интерференционно устройство), са най-чувствителните от известните ни днес магнитни детектори. Те се използват за измерване на магнитните полета на живите организми, за съставяне на магнитни карти и за детектиране на обекти, скрити под някаква повърхност. Въз основа на ефектите на Джоузефсън са изработени и чувствителни детектори за много слаби промени на напрежението. Многообещаващи перспективи очертава също така използването на възли, в основата на които са поставени ефектите на Джоузефсън, за елементи на бързодействащи компютърни вериги с много ниско използване на енергия.

През 1969 г. Джоузефсън става старши научен сътрудник в Кеймбриджкия университет. През 1966-1967 г. е гостуващ професор в университета на щата Илинойс. От 1967 до 1972 г. е заместник-директор по научните изследвания в Кеймбридж. От 1972 да 1974 г. е преподавател, а от 1974 г. - професор по физика в Кеймбриджкия университет.

През следващите години Джоузефсън продължава да се занимава с изследване на свръхпорводимостта и критичните явления, възникващи в системи, близки до точките на прехода, например критичната точка на водата (при която изчезва разликата между течната и газовата фаза) и аналогични преходи между свръхпроводящи и нормални състояния в системи, в които подобни преходи са възможни. В края на 60-те години Джоузефсън проявява интерес към проблемите на разума и интелекта. В началото на 70-те започва да се занимава с трансцедентална медитация. Джоузефсън се надява, че ще успее да синтезира съвременната физика и математика, от една страна, и теорията за интелекта, развивана от духовния лидер Махариши Махеш Йоги, от друга. Той оставя своите изследвания в областта на физиката, за да се посвети изцяло на трансцеденталната медитация и на менталната теория. Коментирайки своето решение, Джоузефсън заявява: “Избирам доста нетрадиционен теоретичен подход към явленията на интелекта, защото съм убеден, че най-фундаменталните понятия, отнасящи се до него, са открити още в древността... А по-специално в своите изследвания се основавам до значителна степен на формулировките, които съм заимствал от многобройните лекции на Махариши Махеш Йоги. Надявам се, че полезността и правилността на развиваните от него представи ще бъдат потвърдени с помощта на компютърното моделиране”.

През 1876 г. Джоузефсън се жени за Керъл Ан Оливър. Семейството има дащеря. Свободното си време Джоузефсън прекарва в туризъм, в занимания с астрономия, състезания с кънки и фотография.

Сред всичките други награди Джоузефсън е удостоен с наградата “За успехи в науката” на Американската изследователска корпорация (1969 г.) и с медала Хюз на Лондонското кралско дружество (1972 г.). Той е член на Лондонското кралско дружество. Чуждестранен член е на американския Институт на инженерите по електротехника и електроника и на Американската академия на науките и изкуствата.

Превод от руски: Павел Б. Николов