Сверхпроводимость: фазовая когерентность и коллективное состояние электронов
10:00-12:00 мск, четверг 25 июня 2026 г
John Bardeen, Leon Cooper, John Robert Schrieffer 1972 За разработку микроскопической теории сверхпроводимости
Leo Esaki, Ivar Giaever, Brian David Josephson 1973 За туннельные явления в сверхпроводниках
Johannes Georg Bednorz, Karl Alexander Müller 1987 За туннельные явления в сверхпроводниках
Семинар продолжает серию «Нобелевские траектории» и посвящён сверхпроводимости — одному из наиболее наглядных и физически насыщенных примеров формирования макроскопического квантового состояния в системе с большим числом взаимодействующих частиц.
Экспериментальные проявления сверхпроводимости — исчезновение электрического сопротивления и существование устойчивых токов — не могут быть поняты в рамках одночастичных электронных моделей. Эти эффекты указывают на возникновение коллективного электронного состояния, обладающего фазовой когерентностью на масштабах всей системы.
Работы Бардина, Купера и Шриффера впервые дали строгое теоретическое описание такого состояния, показав, что сверхпроводимость возникает как результат согласованной динамики электронов, объединённых в коллективное квантовое состояние. В этом описании ключевую роль играет фазовая когерентность, связывающая микроскопические взаимодействия с макроскопическими наблюдаемыми свойствами.
Семинар проводится в открытом формате и доступен по регистрации.
Дальнейшие открытия — туннельные явления в сверхпроводниках и эффект Джозефсона — сделали фазу макроскопического квантового состояния непосредственно измеряемой величиной. Это стало одним из самых наглядных примеров того, как квантовая когерентность проявляется в макроскопических измерениях и управляет физическим поведением системы.
Открытие высокотемпературной сверхпроводимости, в свою очередь, показало границы существующих теоретических представлений. Возникновение коллективного квантового состояния при существенно более высоких температурах продемонстрировало ситуацию, в которой эксперимент опередил теорию и вопрос о природе коллективной когерентности остаётся открытым.
Центральный вопрос семинара — что сверхпроводимость изменила в нашем понимании коллективных квантовых состояний и какие элементы этого физического описания оказываются универсальными, а какие жёстко связаны с конкретной реализацией. Обсуждение направлено на выявление связей между микроскопической динамикой, фазовой когерентностью и макроскопическими свойствами физических систем.
В ходе семинара предполагается обсудить:
- в каком физическом смысле сверхпроводимость является коллективным квантовым состоянием;
- роль фазовой когерентности и взаимодействий в формировании сверхпроводящего режима;
- соотношение микроскопических моделей и макроскопически наблюдаемых величин;
- какие элементы этого подхода применимы к другим коллективным квантовым системам.
Семинар адресован исследователям, преподавателям, аспирантам и студентам старших курсов, работающим в области физики конденсированного состояния и смежных дисциплин, а также всем, кто заинтересован в физическом понимании механизмов формирования макроскопических квантовых режимов.
Семинар продолжает нобелевскую серию как линию обсуждений, в которой сверхпроводимость рассматривается не как частный феномен, а как фундаментальный пример перехода от квантовой динамики взаимодействующих частиц к макроскопически наблюдаемой когерентности.
Подробнее этот вопрос будет обсуждаться на симпозиуме 30 октября — 3 ноября 2026 года.
Подробности работ связанных с этой Нобелевской премией
John Bardeen, Leon Cooper, John Robert Schrieffer (1972)
За разработку микроскопической теории сверхпроводимости
Создание БКШ-теории, впервые описавшей сверхпроводимость как коллективное квантовое состояние электронов, характеризующееся:
- образованием куперовских пар,
- единой макроскопической волновой функцией,
- фазовой когерентностью на масштабе всей системы.
Это первое строгое теоретическое описание макроскопической квантовой когерентности, возникающей из микроскопического взаимодействия.
Leo Esaki, Ivar Giaever, Brian David Josephson (1973)
За туннельные явления в сверхпроводниках
Экспериментальное и теоретическое открытие туннелирования в сверхпроводниках, включая эффект Джозефсона, который:
- напрямую демонстрирует фазовую когерентность сверхпроводящего состояния,
- делает фазу макроскопической волновой функции измеряемой величиной.
Эффект Джозефсона — один из самых чистых примеров того, как макроскопическая квантовая фаза проявляется в измеряемом токе.
Johannes Georg Bednorz, Karl Alexander Müller (1987)
За открытие высокотемпературной сверхпроводимости
Открытие нового класса сверхпроводников, в которых:
- коллективное квантовое состояние электронов возникает при температурах, существенно выше ожидаемых,
- стандартная БКШ-картина оказывается недостаточной.
Это пример ситуации, когда эксперимент опередил теорию, и вопрос о природе коллективной когерентности остаётся открытым — идеально ложится в нашу методологическую линию.