John Bardeen a fost unul din factorii-cheie implicaţi în două descoperiri fundamentale din fizica recentă, cu consecinţe practice incalculabile. Lucrând la Bell Laboratories după al doilea război mondial, Bardeen împreună cu alţi doi cercetători au creat tranzistorul, care în câţiva ani avea să devină o componentă crucială în întreaga tehnologie electronică.

Pe parcursul anilor '50, Bardeen a descoperit şi o soluţie teoretică la problema supraconductibilităţii - proprietatea anumitor metale de a-şi pierde întreaga rezistenţă la curentul electric la temperaturi joase.

Teoria BCS -numită aşa de la Bardeen, Leon Cooper şi John R. Schrieffer - a stat la baza cercetărilor care continuă şi astăzi, având ca scop crearea unor tehnologii noi, cu un puternic impact economic şi global. Motoare şi generatoare supraconductoare foarte eficiente şi alte maşini au potenţialul de a revoluţiona electronica secolului XXI.

John Bardeen s-a născut pe 23 mai 1908 în Madison, Wisconsin. Tatăl lui, Charles Russell Bardeen, era profesor de anatomie, iar ulterior a devenit decan al Universităţii Şcolii Medicale din Wisconsin. Mama lui, Althea Harmer Bardeen, a fost profesoară şi artistă. Ea a murit pe când John era adolescent. Încurajat de părinţi să-şi cultive interesul pentru ştiinţă, Bardeen a excelat la şcoală, luând examenul de algebră de la vârsta de 10 ani. In 1923, la 15 ani, urma cursurile Universităţii Wisconsin, unde, sub influenţa profesorului vizitator Paul Dirac, s-a simţit atras de fizica matematică. Totuşi, a obţinut diploma în inginerie în 1928, iar în 1929 a luat masteratul în acelaşi domeniu.

Timp de câţiva ani, în timpul Marii Depresiuni, Bardeen a lucrat ca geofizician la Gulf Research and Development Corporation din Pittsburg, specializându-se în problemele prospectării electromagnetice a pungilor de petrol. Pe la mijlocul anilor '30 îşi putea în sfârşit urma înclinarea de a studia ştiinţa pură, frecventând cursurile Institutului pentru Studii Avansate de la Universitatea Princeton. Şi-a luat doctoratul în fizică matematică în 1936.

Mentorul lui la Institut a fost Eugene Wigner, unul dintre marii fizicieni unguri, cunoscut pentru contribuţiile sale în domeniul fizicii stării solide. În continuare,'Bardeen a efectuat cercetări postdoctorale la Universitatea Harvard, a predat la Universitatea de Stat din Minnesota, iar în timpul celui de-al doilea război mondial a lucrat pentru Laboratorul de Armament al Marinei S.U.A., care a folosit experienţa lui anterioară de geofizician pentru a elabora metode de contracarare a acţiunii torpilelor.

După al doilea război mondial, hegemonia industrială americană a prefigurat un viitor ce aparţinea electronicii şi în care inovaţia şi dezvoltarea de noi produse aveau să joace roluri determinante. În acest context s-a dezvoltat fizica stării solide, preponderent aplicată la modul în care elementele metaloide, semiconductoare, cum ar fi siliciul sau germaniul, conduc electricitatea. Oamenii de ştiinţă de la Bell Laboratories sperau să folosească aceşti semiconductori pentru a înlocui tehnologia depăşită a tuburilor electronice.

Tuburile electronice sau cu vid sunt circuite în care electricitatea poate fi controlată uşor şi instantaneu. Ele se foloseau pe scară largă în radio şi în computerele care tocmai apăruseră. Dar erau masive şi aveau limite din punct de vedere al aplicabilităţii în practică. Prin contrast, semiconductorii sunt de multe ori mai mici, mai siguri şi mai ieftini; de pildă, siliciul este al doilea element de pe Pământ sub aspectul răspândirii.

Deşi intenţionase să-şi canalizeze preocupările spre energia nucleară, Bardeen a fost recrutat de Bell în 1945 să lucreze la cercetările axate pe fizica corpului solid. El a devenit, împreună cu W.H. Brattain, membru al celebrei echipe conduse de William Shockley. Folosind cristale de germaniu, Bardeen şi Brattain au inventat în 1948 „contactul punctual", dispozitiv care putea să amplifice semnalul audio. Ei au arătat că este posibil să obţii acelaşi control fin al curentului electric prin semiconductori ca şi prin tuburile electronice cu vid. Rezistenţa putea fi uşor controlată prin „doparea" semiconductorului, demonstrându-se o întreagă serie de efecte, inclusiv sensibilitatea la lumină.

Aceste tranzistoare primitive - numele a apărut chiar atunci - erau totuşi fragile şi lipsite de valoare practică; abia în 1952 a descoperit Shockley o variantă mult mai stabilă. Dezvoltarea ulterioară a circuitelor integrate şi cipurilor de siliciu, cu toate consecinţele lor uriaşe pentru tehnologie, s-a bazat pe această muncă de cercetare. Cum era şi firesc, în 1956, Bardeen a împărţit Premiul Nobel cu Shockley şi Brattain.

Una dintre marile enigme ale fizicii secolului XX a apărut în 1911, atunci când fizicianul olandez Heike Kamerlingh Onnes a descoperit că, la o temperatură foarte joasă, mercurul îşi pierde brusc întreaga rezistenţă la trecerea unui curent electric. Această proprietate s-a observat ulterior la mai multe metale şi compuşi metalici, deşi legile fizicii de atunci nu puteau da nici o explicaţie. Kamerling Onnes a presupus corect că răspunsul poate fi oferit de mecanica cuantică.

Dar au trecut 40 de ani fără a se obţine vreun progres. „John îşi dorea din tot sufletul să conducă efortul de descifrare a misterului supraconductibilităţii", scrie colegul lui Bardeen, Conyers Herring. In acest scop, Bardeen a preluat postul de profesor de fizică şi inginerie la Universitatea Illinois în 1951. Un alt motiv al plecării de la Bell Laboratories i-a constituit şirul de neînţelegeri cu Shockley, alături de care, considera el, era foarte greu să lucrezi.

Teoria BCS a început să prindă contur începând cu 1950, când Bardeen a aflat că izotopii, forme diferite ale aceluiaşi element, devin supraconductori la diverse temperaturi. Aceasta i-a sugerat lui Bardeen ideea că există o unică interacţiune între electroni şi vibraţia matricii spaţiale de nuclee între care se mişcă ei. După ce a publicat o versiune iniţială incompletă a teoriei, Bardeen a continuat să lucreze la ea împreună cu Leon N. Cooper, om de ştiinţă de la New York, căruia Bardeen îi spunea „mecanicul meu cuantic din Est", şi cu un absolvent, John R. Schrieffer. În 1957, ei au prezentat o teorie generalizată pentru explicarea supraconductivităţii.

Este un edificiu teoretic elegant, pe care Niels Bohr îl considera frumos în simplitatea lui. Teoria BCS demonstrează că supraconductivitatea este o consecinţă a relaţiei între electroni şi „fononi", care reprezintă energia de vibraţie cuantică. Fononii determină perturbarea mişcării electronilor şi prin aceasta generează rezistenţa la trecerea curentului electric printr-un metal.

Dar la temperaturi joase aceste vibraţii sunt reduse, ceea ce afectează relaţia între electroni: aceştia formează „perechi" în care se unesc doi electroni de spin invers şi de moment de rotaţie opus. (Analiza matematică a acestor „perechi Cooper" a fost efectuată de Schrieffer.) Atunci când se aplică o diferenţă de potenţial, electronii pereche se vor deplasa prin solidul supraconductor, toţi cu aceeaşi viteză şi fără rezistenţă.

Teoria BCS, după cum avea să fie numită, a fost acceptată rapid şi le-a adus lui Bardeen, Cooper şi Schrieffer Premiul Nobel pentru fizică pe 1972 (Bardeen a devenit astfel primul om de ştiinţă care a primit două premii Nobel în acelaşi domeniu ştiinţific). Supraconductibilitatea nu şi-a găsit aplicaţii imediate din cauza temperaturilor joase necesare pentru apariţia ei, dar a început goana după materiale care să devină supraconductoare la temperaturi mai înalte.

În 1986 s-a anunţat că un material ceramic devenea supraconductor la 35° Kelvin - o temperatură încă foarte scăzută, dar oricum mult prea mare. într-o perioadă scurtă au fost descoperite alte substanţe care deveneau supraconductoare în jurul a 100° Kelvin. Acest lucru a permis crearea unor mici dispozitive numite SQUIDS (de la englezescul Dispozitive Supraconductoare de Interferenţă Cuantică) cu aplicabilitate în medicină, geologie şi alte domenii. Perspectiva unui material supraconductor care să poată fi folosit la temperatura camerei este încă un vis frumos, dar realizabil. Acesta ar putea determina schimbări profunde în stilul nostru de viaţă.

John Bardeen a predat la Centrul pentru Studii Avansate al Universităţii Illinois din 1959 şi până când s-a pensionat, în 1975. Era un om liniştit şi prietenos, uneori foarte volubil, dar în acelaşi timp capabil de accese de furie necontrolată. A fost căsătorit cu Jane Maxwell, cu care a avut două fiice şi un fiu, William, care a devenit teoretician în domeniul particulelor elementare. John Bardeen a murit în urma unui atac de cord la 30 ianuarie 1991.

RECENT

Aspecte epidemilogice ale izbucnirilor cu boli diareice acute în Republica Moldova (Nadejda Gafin, Aliona Nastas, Ion Bîrcă, Adrian Cotelea, Vasile Sofronie)
02.01.2020

În articol sunt prezentate unele aspecte epidemiologice ale izbucnirilor cu boli diareice acute (BDA) în Republica Moldova în anii 2014-2 [ ... ]

Impactul asupra sănătății și cel socioeconomic al morbidității prin varicelă în Republica Moldova (Silvia Negară, Vasile Sofronie)
02.01.2020

A fost studiată și analizată epidemilogic morbiditatea prin varicelă în Republica Moldova în perioada 1985-2017. Studiul dat este unul [ ... ]

2018 Sănătatea - Publicaţie de sănătate şi divertisment