Icon up Overzicht

Nobelprijs 2003 Natuurkunde. Supergeleiding.

Onderwerp: Atoomfysica, Elektrische stroom, Elektrisch veld en magnetisch veld, Kern- & Deeltjesprocessen (vwo)

Dit jaar gaat de Nobelprijs voor de natuurkunde naar een Amerikaan, een Rus en een Brit. Deze fysici bedachten theorieën om twee curieuze fenomenen te beschrijven: supergeleiding en supervloeibaarheid. Theorieën over supergeleiding hebben overigens al heel wat Nobelprijzen opgeleverd. Een overzichtje van deze lijst schetst tegelijkertijd de historie en de toekomst van dit natuurverschijnsel.

Deze pagina is een onderdeel van het thema "supergeleiding". Het thema supergeleiding omvat artikelen, interviews, uitleg, sommetjes. De schrijvers van het thema gaan in op de natuurkunde achter dit verschijnsel maar geven ook ruimschoots de aandacht aan de bijdrage die supergeleidende materialen leveren aan de techniek en de gezondheidszorg. Er wordt een beeld geschetst van een onderzoeksgroep die werk aan supergeleiders. Het totale overzicht vind je hier.

Nobelprijs 1913: Heike Kamerlingh Onnes. Supergeleiding ontdekt.

De Nederlander Heike Kamerlingh Onnes was hiermee de eerste ontvanger in 1913. Hij ontdekte het volgende: als kwik werd afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt (min 273 graden Celsius), bood het metaal geen weerstand meer aan een elektrische stroom. Deze vondst kon grootse toepassingen hebben, dat was meteen duidelijk. Elektriciteit zou namelijk zonder verliezen over grote afstanden kunnen worden vervoerd. De verklaring hiervan liet echter lang op zich wachten.

Heike Kamerlingh Onnes b. 1853 d. 1926 (Nederland). © The Nobel Foundation

Nobelprijs 1972: Bardeen, Cooper en Schrieffer. BCS-theorie.

Drie Amerikanen (Bardeen, Cooper en Schrieffer, Nobelprijs in 1972) bedachten pas in de jaren vijftig een theoretisch model. Zij stelden dat supergeleiding gestroomlijnd gedrag vereist. Dit gedrag vertonen afzonderlijke elektronen niet. Maar ze kunnen het wel vertonen, als ze in paren optreden.
Zeer succesvol was de BCS-theorie overigens op tal van terreinen van de fysica.

John Bardeen b. 1908 d. 1991 (USA). Leon Neil Cooper b. 1930 (USA). John Robert Schrieffer b. 1931 (USA). © The Nobel Foundation

Nobelprijs 1987: Zwitsers Bednorz en Müller. Hoge temperatuur supergeleiders ontdekt.

Kon het kwik van Kamerlingh Onnes er keurig mee kon worden beschreven (net als andere metalen), qua toepassing bleek het niet zo interessant. Bij min 250 graden verliezen metalen namelijk al snel hun supergeleidende kunsten Vreemde keramische materialen behouden hun supergeleiding bij veel hogere temperaturen, zo ontdekten de Zwitsers Bednorz en Müller. Commerciële toepassingen kwamen hierdoor binnen handbereik. Supergeleidende magneten zorgen bijvoorbeeld voor de werking van de op 6 oktober 2003 bekroonde MRI-scan. Alleen: de BCS-theorie kon deze supergeleiding niet verklaren. Dat vormde een probleem.

J. Georg Bednorz b. 1950 (Duitslanb). K. Alexander Müller b. 1927 Zwitserland). © The Nobel Foundation

Nobelprijs 2003: Abrikosov, Ginzburg. Nieuwe theorie.

Voor de niet-metallische supergeleiders ontwikkelden de Russen Alexei Abrikosov (75 jaar) en Vitaly Ginzburg (87 jaar) al in de jaren vijftig een theorie. Ze wilden destijds met deze theorie vooral de magnetische eigenschappen van deze supergeleiders verklaren. Door de ontdekking van Bednorz en Müller kreeg hun theorie hernieuwde belangstelling. Voor Ginzburg komt de nieuwe nominatie niet helemaal als een verrassing, want hij wordt al dertig jaar genomineerd.

Tenslotte Legget: Supervloeibaarheid

Veel fysici hebben ook aan het fenomeen supervloeibaarheid een reisje naar Stockholm te danken. Supervloeibaarheid is de eigenschap dat een vloeistof zijn viscositeit verliest. De vloeistof ondervindt dan geen weerstand meer en blijft bijvoorbeeld in een ringvormige buis eeuwig rondstromen.

Tenslotte sluit de Brit Anthony Leggett (65) de rij van deze specifieke Nobelprijswinnaars. De Brit verklaart in zijn theorie waarom de supervloeibaarheid van helium-3 heel anders is dan die van helium-4.

Alexei A. Abrikosov b. 1928 (USA/Rusland). Vitaly L. Ginzburg b. 1916 (Rusland). Anthony J. Leggett b. 1938 (UK). © The Nobel Foundation