НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1977 г. / ФИЗИКА / ФИЛИП У. АНДЕРСЪН

Филип У. Андерсън (Philip W. Anderson)

13 декември 1923 г. – 29 март 2020 г.

Нобелова награда за физика (заедно с Невил Мот и Джон ван Флек)

(За фундаменталните му теоретични изследвания на електронната структура на магнитните и неподредените системи.)

Американският физик Филип Уорън Андерсън е роден в гр. Индианаполис (щат Индиана), след това живее в гр. Урбана (щат Илинойс), където баща му, Хари Уорън Андерсън, е професор по растителна патология в Илинойския университет. Майка му, Если (Осбърн) Андерсън, е дъщеря на професор по математика, чичо му и много приятели на семейството са учители. „В Илинойс, пише по-късно Андерсън, моите родители бяха част от тясната компания на сърдечни, предани приятели, чийто основен живот протичаше извън домовете им, и моите най-щастливи часове в годините на моето детство и юношество преминаха в съвместно организирани пътешествия, гребане с лодки, отдих сред природата, излети и песни около огъня“.

След края на средно училище Андерсън постъпва в Харвардския университет и го завършва блестящо, като получава през 1943 г. степента бакалавър по електронна физика. Заради Втората световна война му се налага да отложи аспирантурата си, постъпвайки като старши подофицер във ВМФ на САЩ. През следващите две години работи във Военноморската изследователска лаборатория във Вашингтон (окръг Колумбия) като радиоинженер и се занимава с конструирането на антени. В края на войната се връща в Харвард, където негов научен ръководител става Джон ван Флек.

В своята магистърска и докторска дисертация Андерсън развива прилагането на квантовата механика, опитвайки се с нейна помощ да обясни разширението на спектралните линии. Макар обикновено да се приема, че всяка такава линия съответства на единствена честота, в действителност всяка линия от спектъра на веществото (специални честоти светлина или друго електромагнитно излъчване, поглъщано или изпускано от дадено вещество) съответства на малък интервал от честоти. Ширината на спектралната линия зависи частично от вътрешните молекулни взаимодействия. Андерсън открива, че новите математически методи на квантовата теория на полето, която той изучава под ръководството на Джулиан С. Швингър и други, може да се използва за обяснение по какъв начин разширяването на линиите в спектъра зависи от газовото налягане. Неговите резултати принадлежат към първите количествени характеристики на ширината на линията като функция на вътрешните молекулни взаимодействия. Някои от неговите методологични подходи се използват и в днешно време.

За тези свои изследвания Андерсън получава степента магистър през 1947 г. и степента доктор през 1949 г. Сред това е приет на щат като техник в лабораториите на компанията „Бел“, която по това време е един от най-напредналите изследователски центрове в областта на физиката на твърдото тяло. Сред теоретиците, изследващи тази област на физиката в лабораториията, са Джон Бардийн, Лион Н. Купър, Чарлз Кител и Уилям Шокли. Като продължава да се занимава с въпроса за разширяването на спектралните линии, Андерсън започва да проучва също така магнитните свойства на твърдите тела под ръководството на Чарлз Кител. Той успява да обясни някои свойства на изолационните магнитни материали като феритите и антиферомагнитните окиси. По късно, през 1961 г., с помощта на още един квантов модел, Андерсън обяснява магнитното поведение на отделните йони на магнитни материали в немагнитни (например йоните на желязото в алуминия).

Това изследване подтиква интереса на Андерсън към явлението свръхпроводимост – пълната липса на електрическо съпротивление в някои вещества при много ниски температури. През 1957 г. Бардийн, Купър и Дж. Робърт Шрифър представят първата удовлетворителна теория за свръхпроводимостта (наречена по инициалите на създателите ѝ БКШ теория). Заедно с други учени от лабораториите на компаниите „Бел“ Андерсън провежда по-нататъшни теоретични и експериментални изследвания в това направление и в резултат успява да свърже свръхпроводимостта с други свойства на свръхпроводимите материали.

Влиянието на примесите в свръхпроводниците дълго време е загадъчно: понякога то е малко, понякога - голямо. Андерсън разработва това, което нарича „теория за замърсените свръхпроводници“, която изяснява до голяма степен проблема. Като работи с Пиер Морел, той предсказва през 1960 г., че свръхпроводящия течен хелий трябва да има анизотропна фаза – течна форма, проявяваща различни свойства в различни направления. Двадесет години по-късно това явление е потвърдено експериментално от Дъглас Ошероф и неговите колеги в лабораториите на компанията „Бел“.

Така Андерсън дава своя принос за разбирането на свръхфлуидността на потока без триене, която се наблюдава при течния хелий. През 1962 г., работейки с Дж. М. Роуъл, Андерсън получава лабораторно потвърждение за ефекта на Джозефсън („тунелно“ преминаване на електрона през тънка изолираща бариера, предсказано през 1962 г. от Брайън Д. Джоузефсън). А изследването на Андерсън за спонтанното нарушаване на симетрията се цитира често от специалистите по физика на елементарните частици.

По време на работата си като лектор в Токийския университет през 1953-1954 г. Андерсън е обзет от останало му за цял живот възхищение от японската култура и от страст към японската игра го. Тогава, на Киотската международна конференция по теоретична физика, той се среща с английския физик Невил Мот, който го кани в лабораторията „Кавендиш“ на Кеймбриджкия университет, където Андерсън и Мот разговарят често за поведението на електроните в аморфните (некристалните) тела.

Почти всички публикувани до това време изследвания за физиката на твърдото тяло засягат кристалните тела, защото регулярното (решетъчното) разположение на атомите в кристала облекчава опиращото се на квантовата теория математическото решение на задачите. Андерсън доказва, че при някои условия така наречените свободни електрони в аморфното тяло се свързват в специални положения – явление, известно днес като локализация на Андерсън. Макар че малко учени оценяват важността на това изследване, Мот признава, че аморфните материали могат да се използват толкова ефективно, колкото и по-подредените системи, чието производство е по-скъпо. Изследванията на Андерсън, засягащи проводимостта, помагат да се поставят основите за създаване на аморфни полупроводници, които се използват днес в прибори като слънчевите батерии и копирните машини.

От 1967 ди 1975 г., след като Мот успява да организира уникално по продължителност присъствие на външен професор, Андерсън прекарва половин година в Кеймбридж, а другата половина – в лабораториите на „Бел“. През 1974 г. той става заместник-директор на лабораториите, а през следващата година напуска поста си в Кеймбридж, за да се установи в Принстънския университет на длъжността професор по физика.

През 1976 г. Андерсън е назначен за директор-консултант в една от лабораториите на компанията „Бел“, а именно във физическата изследователска лаборатория в Мъри хил (щат Ню Джърси) и заема този пост до 1984 г., когато подава оставка. През 1987 г., когато настъпват няколко съществени постижения на науката в областта на свръхпроводимостта, Андерсън първи от физиците публикува теория, обясняваща по какъв начин някои нови материали могат да достигнат състояние на свръхпроводимост при значително по-високи температури от тези, които се използват преди това. Според Андерсън не съществуват теоретични ограничения за достигане на свръхпроводимост даже при стайна температура.

Андерсън преподава в Принстън, където живее със съпругата си Джойс. Двамата сключват брак през 1947 г., семейството има една дъщеря. В свободното си време Андерсън се занимава в градината, прави пешеходни разходки, а също така се занимава с биология и романска архитектура.

Освен с Нобелова награда, Андерсън е удостоен с наградата за физика на твърдото тяло Оливър Бъкли на Американското физично дружество (1964 г.), с наградата Дени Хайнеман на Гьотингенската академия на науките (1975 г.), с медала Гутри на Лондонския физичен институт (1978 г.) и с Националния медал „За научни постижения“ на Националния научен фонд (1982 г.). Член е на американската Национална академия на науките, на Американската академия на науките и изкуствата, на Японското физично дружество и на Американската асоциация на фундаменталните науки.

Превод от руски: Павел Б. Николов