Kulde er rett og slett mangel på varme. Ved 0 grader Celsius fryser vann. Ved det absolutte nullpunkt, minus 273,2 grader Celsius, kan det ikke bli kaldere. Lavtemperaturfysikk betyr å undersøke stoffenes egenskaper ved ekstremt lave temperaturer.
Helium - den suverene kjølevæske
Heike Kamerlingh Onnes
Den nederlandske fysikeren Heike Kamerlingh Onnes var den første som greidde å gjøre helium flytende. Han fikk Nobelprisen i fysikk i 1913. Den russiske fysikeren Peter Kapitza fikk Nobelprisen i fysikk i 1978 fordi han oppdaget at flytende helium blir et såkalt superfluid ved minus 271 grader Celsius. Et superfluid er en væske i en tilstand som er den perfekte varmeleder. Flytende helium som er blitt et superfluid har helt spesielle egenskaper, der atomene knapt nok beveger seg. Den sovjetiske fysikeren Lev Davidovitsj Landau forklarte disse egenskapene, og fikk Nobelprisen i fysikk i 1962.
I noen metaller blir all motstand borte når de kjøles ned under en bestemt temperatur. Når en blytråd kjøles ned, blir den en superleder - den mister all motstand. Tre
fysikere laget en teori som forklarer superledning. John Bardeen, Leon Cooper og John Schreiffer delte Nobelprisen i fysikk i 1972.
Fram til 1986 hadde man bare sett superledende egenskaper i metaller og legeringer. Men da kom et gjennombrudd med keramiske materialer. Man oppdaget at noen oksider blir superledende ved mye høyere temperaturer. Det betyr at man kan bruke flytende nitrogen som kjølemiddel, noe som er langt billigere enn flytende helium.
J.Georg Bednorz
For å ha oppdaget den første høytemperatur-superlederen, et kopperoksid, fikk to menn Nobelprisen i fysikk i 1987; J.Georg Bednorz fra Tyskland og K.Alex Muller fra Sveits. Superledning blir oppdaget ved stadig høyere tempraturer, og man er nå ved minus 110 grader celsius.
Magnetisk løfteevne
I 1933 oppdaget den tyske fysikeren Karl Walther Meissner at elektromagneter som er dypt nedkjølte, har helt spesielle egenskaper. 70 år seinere tok japanerne i bruk sitt svevetog som de kaller Maglev. Toget drives av superledende magneter. Inntil det når 100 km/t ruller Maglev på gummihjul. Da, når hevefarten er nådd, trekkes hjulene opp, og toget svever ca 10 cm over styresporet. Elektromagnetene fortsetter å lede eletrisitet selv etter at strømforsyningen stenges av- og det sparer energi. Toppfarten er på 500 km/t.
Energisparing med superledere
Idag går mye varme tapt i form av varme på grunn av motstanden i tradisjonelle kraftledninger. Men snart må kanskje kobber og aluminium vike plass for kabler laget av høytemperatur-superledere der både motstand og energitap er minimalt. På den andre sida av Atlanteren blir superledende kabler koblet til Detroits kraftnett. De nye linjene, som kjøles med flytende nitrogen, fører tre ganger så mye strøm som kobberkabler av samme størrelse.
Josephsons kontakter
Brian David Josephson
Innen elektronikken har superledere ført til flere nyvinninger. I 1973 fikk briten Brian David Josephson Nobelprisen i fysikk for sin oppfinnelse av en spesiell type kontakter som bæres hans navn; Josephsons kontakter. De er som et smørbrød - med to superledere og et tynt lag elektrisk isolasjon imellom. Kontaktene har en enestående evne til å måle små magnetfelt
som f.eks.hjerneslag eller geologiske strukturer. De første forsøkene gjøres nå på å bygge små, raske datamaskiner ved bruk av tusenvis av slike kontakter.
Men den mest betydningsfulle bruken av superledere ble utviklet på 1980-tallet. Idag brukers milliarder av kroner hvert år på å produsere superledende magneter som er kjernen i magnetisk resonnans-tomografi eller MR - et uvurderlig hjelpemiddel ved sykehusene. MR-tomografen utveksler signaler med kroppens eget magnetsystem, og gir svært detaljerte bilder av kroppens indre. MR har derfor blitt et uvurderlig undersøkelsesapparat for leger over hele verden.
Av Kari Hustad,
Schrödingers katt torsdag 1. november kl. 19.30