John Bardeen századik születésnapjára.
Wigner Jenő szerénységére pontosan jellemző, hogy őszintén meglepődött, amikor megkapta a fizikai Nobel-díjat. Arra viszont kifejezetten büszke volt, hogy egyik tehetséges tanítványa részesült ugyanebben a kitüntetésben. Méltán: John Bardeen ugyanis a tudománytörténetben egyedülálló módon kétszer is átvehette a fizikai Nobel-díjat. Ráadásul olyan felfedezésekért, amelyek nemcsak mai életünket határozzák meg döntő mértékben, de a jövő iparának is az alapját jelentik. Emiatt is érdemes közelebbről megismerkedni e rendkívül érdekes tudóssal.
- Bardeen tranzisztoros rádióval
Az 1908. május 23.-án a Wisconsin-állambeli Madisonban született John Bardeenől elmondható, hogy eszményi gyermek volt: kiskorától kezdve eminens tanuló, aminek eredményeképpen tizenöt évesen megszerezte érettségi vizsgáját. Hogy ilyen ?későn?, annak két oka volt: egyidejűleg két középiskolát látogatott, ráadásul elvesztette édesanyját, aki korábban tanárnőként dolgozott, majd ismert belsőépítészeti szalont vezetett. A Wisconsin Egyetemen 1928-ban, vagyis húszéves korában vehette át villamosmérnöki oklevelét. Itt ismerkedett meg azokkal a szilárdtest fizikai problémákkal, amelyek egész később életét befolyásolták. Nem kisebb személyiségek befolyásolták tudományos szemléletét, mind az egyetem vendégprofesszoraként működő Paul Dirac, Werner Heisenberg és Arnold Sommerfeld. Az előbbiek hamarosan átvehették a fizikai Nobel-díjat, míg Sommerfeld, érthetetlen módon, nem kapta meg ezt a kitüntetést, holott a máig legérvényesebb atommodell szerzőjeként tartjuk őt számon.
Tanulmányai befejeztével úgy tűnt, igazi amerikai karriert választ magának: belépett a világ egyik vezető ipari óriása, a Gulf Oil Company szolgálatába. Csakhogy európai tanárai olyannyira megfertőzték a tudomány iránti szeretettel, hogy hamarosan hátat fordított a nagy anyagi sikerrel kecsegtető pályafutásnak, így doktorandusz hallgatóként beiratkozott a princetoni egyetemre. Szerencséjére a fenti német professzorok magyar kollégája, Wigner Jenő lett a témavezetője, akinél 1936-ban doktorált. Ezúttal is családi tragédia hátráltatta őt: egy évvel korábban édesapját is elvesztette, aki a Wisconsin Egyetem anatómia professzoraként dolgozott. A princetoni évek döntő mértékben befolyásolták magánéletét: feleségül vette Jane Maxwelt, egyik diáktársát.
A későbbiekben is tudományos tevékenységgel kívánt foglalkozni, emiatt a minnesotai egyetemen vállalt állást. Nem kis mértékben Wigner Jenő közbenjárására meghívták őt az amerikai atombomba előállítását célzó Manhattan-terv kutatói csoportjába, ő azonban tudományos elfoglaltságára hivatkozva elhárította a felkérést. Bízott benne, hogy szilárdtest-fizikai kísérletei fontosak lehetnek a mindennapi élet számára. Nem így a minnesotai egyetem vezetői: amikor 1945-ben fizetésemelést kért, olyan megalázó összeget ajánlottak számára, hogy nyilvánvalóvá vált, el kell mennie. Nagy szerencséjére ekkor a Bell Laboratóriumban már komoly kísérletek folytak az anyag atomi szerkezetével kapcsolatban, ráadásul ott egy komoly pártfogója is akadt: Walter Houser Brattain, aki előrehaladott kísérleteket folytatott a később tranzisztorként megismert új elektronikai elemmel. Ezúttal is a személyi kapcsolatok játszottak fontos szerepet: Brattain ugyancsak fizikus öccse a princetoni egyetemen tanult, itt ismerkedett meg John Bardeennel. Szóba került ugyan az idősebb Brattain tevékenysége, viszont Bardeen nem gondolt arra, hogy valaha is munkatársak lehetnek. Csakhogy amikor hétévi kutatás után a minnesotai egyetem vezetői közölték vele, hogy nem látnak nagy jövőt a szilárdtest fizikai kutatásokban, ezzel közvetve kiadták az útját, Bardeen eszébe jutott a régi barát neve. Mondani sem kell, hogy Walter Houser Brattain örömmel fogadta az erősítést. Így került 1945 októberében a Bell Laboratórium csapatába utolsó tagként John Bardeen. Intenzív tevékenységük eredményeként 1947-ben elkészült az első tranzisztor, amely a későbbi évtizedekben szédületes karriert futott be. Megalkotásáért 1956-ban John Bardeen, William Shockley-val és Walter Brattainnal átvehette a fizikai Nobel-díjat. Ezzel le is zárulhatott volna tudományos pályafutása. A szerény, de nyughatatlan tudós viszont ebben az időben már egészen más kérdéssel foglalkozott. Ugyanis 1951-ben az illinoisi egyetemen vállalt állást. Itt első doktorandusz hallgatója a szilárdtest-fizikaikutatások egyik későbbi meghatározója, Nick Holonyak lett, aki hamarosan megalkotta az első látható lézert és a fénydiódát. Eközben Bardeen egy másik kutatási terület kérdéseit, a szupravezetést kívánta megoldani.
Már a huszadik század elején tudták a kutatók, hogy a hőmérséklet emelkedésével nő a villamos vezetők ellenállása. Ebből logikusan következett, hogy nagyon alacsony hőmérsékleten, az abszolút nulla fok közelében esetleg az ellenállás megszűnik, ilyenkor az áram akadálytalanul akár évmilliárdokig keringhet a vezetőgyűrűben. Kammerling Onnes holland fizikusnak 1911-ben sikerült a héliumot cseppfolyósítania. A néhány tized Kelvin-fokos folyadékba helyezett higanyról kiderült, hogy elveszíti villamos ellenállását, szupravezetővé válik. E jelentős felismeréséért két évvel később megkapta a fizikai Nobel-díjat. Ettől kezdve ugyan egyre behatóbb kutatásokat folytattak a szupravezetés területén, azt viszont nem sikerült megállapítani, mi az oka a villamos ellenállás megszűnésének. Az ötvenes évek kezdetétől épp ez volt John Bardeen kutatási területe. Ezúttal is szerencséje volt: ahogyan Wigner Janőhöz majd Walter Brattainhoz került, ugyanúgy a sors megajándékozta őt egy tehetséges tanítvánnyal, John Robert Schriefferrel, aki ugyanezen a területen működött. Vele jutott el a szupravezetés elméletének magyarázatáig.
Érdemes megemlíteni, hogy a múlt század húszas éveitől kezdve tejfölösszájú sihederek határozták meg a fizika fejlődését. Elég csak Paul Diracra vagy Werner Heisenbergre utalni, akik olyan fiatalok voltak, hogy az anyukájuk kísérte el őket a Nobel-díj átvételére. Nos, az ötvenes években felnövekvő nemzedék méltó utóduknak bizonyult: a huszonnégy éves Schrieffer, Bardeen szellemi közreműködésével felállít egy hajmeresztő elméletet, amely szerint a kristályrács rezgése az abszolút nulla fok közelében megszűnik, ilyenkor a villamos áramot szállító elektronok akadálytalanul közlekedhetnek. Vele egyidejűleg a new-yorki Columbia Egyetem huszonhárom éves doktorandusz hallgatója, Leon N. Cooper közli dolgozatát, amely szerint a szupravezetés fő okozója, hogy az elektronok párokba rendeződve alakítják ki a villamos áramot. Ez teljesen ellentmond a hagyományos fizikai elméletnek: az azonos töltésű részecskék ? tehát az elektronok is – iszonyatos erővel taszítják egymást, teljes képtelenség, hogy egymás társaságában békésen közlekedjenek. Bardeen viszont felismeri e merész feltételezésben rejlő lehetőségeket: meghívja magához a fiatal tudóst. A három kutató ? Bardeen, Cooper és Schrieffer – együttműködésének eredménye a szupravezetés elméletének kidolgozása, amelyet nevük kezdőbetűiből hamarosan BCS elméletként ismer meg a világ.
A kezdeti felháborodást követően kiderül: valóban igaz, hogy a makroszkopikus jelenségként ismert és kezelt szupravezetésnek igenis kvantummechanikai magyarázata van. Olyannyira, hogy a hatvanas évek folyamán egyre sürgetőbbé válik, hogy az elmélet kidolgozóinak kijár a fizikai Nobel-díj. Csakhogy van egy bökkenő: a múlt század elején a Nobel-díj bizottság hozott egy olyan határozatot, amely szerint egy tudományterületen csak egyszer osztható ki ugyanannak a tudósnak a kitüntetés. Emiatt történhetett meg, hogy a századelő legnagyobb tudósa, Maria Sklodowska, azaz Marie Curie másodikként kémiai Nobel-díjat kapott, holott mindkét felfedezése a fizika tárgykörébe tartozik. Mivel Bardeenék esetében egyértelmű volt, hogy ez a kegyes csalás nem alkalmazható, a két fiatal, Schrieffer és Cooper egyre reményvesztettebben nézte, hogy mások halásszák el előlük a legjelentősebb tudományos elismerést. Csakhogy, mint az ókori görög drámákban, az égiek ezúttal is segítettek: a Deus ex machina egy huszonegy éves walesi fizikus személyében jelent meg: Brian Josephson, a cambridgei egyetem diákja 1961-ben egy laboratóriumi kísérletben megállapította, hogy két szupravezető közé helyezett vékony szigetelő rétegben elektromágneses rezgés jöhet létre feszültségkülönbség határa. Aminek persze kvantumelméleti magyarázatát is megadta. Ez sokkolta a tudományos világot: kiderült, hogy a BCS elmélet helyes, ráadásul egy újabb, Nobel-díjra érett elmélet látott napvilágot. A dilemmát az okozta, hogy egy másik, a Nobel-díj bizottság által felállított alapelv értelmében, amennyiben egy felfedezés bizonyíthatóan egy korábbi elméletre épül, addig a megalkotója nem kaphatja meg a Nobel-díjat, míg az előzőek nem kapták meg. Mivel egyre inkább fenyegetett az a lehetőség, hogy egy sor tudós csak amiatt kerül várólistára, mivel egy korábbi jószándékú, ámbár értelmetlen döntés ezt akadályozza, egyre nagyobb nyomás nehezedett a Nobel-díj bizottságra, hogy ezt a kérdést megoldják. Tíz évet kellett várni a tilalom feloldására. Ennek eredményeképpen, bár megkésve ugyan, de 1972-ben John Bardeen, Leon Cooper és John Schrieffer átvehette a kitüntetést. Hogy ez utóbbiak ekkor már túl voltak a negyedik x-en, az a hivatalnoki szűklátókörűségnek tudható be. Ezek után Brian Josephson a következő évben ugyancsak megkapta ugyanezt a díjat. Meglehetősen ?öregen?: harminchárom éves volt ekkor. Ha Bardeen nem lett volna az egy évvel korábban díjazottak között, akkor ma ő lehetne a legfiatalabb Nobel-díjas.
John Bardeen nagyszerű tanárához, Wigner Jenőhöz hasonlóan rendkívül szerény személyiség volt. Olyannyira, hogy az illinoisi egyetem diákjai ? ahol összesen negyven éven át tanított ? elsősorban azt tartották róla számon, hogy milyen nagyszerűen főz. Sokan közülük még tudományos eredményeiről és Nobel-díjairól sem tudtak. Bár ez a tény nem e nagyszerű tudóst minősíti. Emlékére az illinoisi egyetem mérnöki negyedét róla nevezték el, de az előzmények ismeretében a mai diákok közül is sokan bizonyára politikusnak vagy sportszárnak hiszik a névadót.
A fizikatörténet egyik legnagyobb egyénisége, a nagyszerű tudós hosszú, eredményes pályafutását követően nyolcvanhárom évesen, 1991. január 30.-án szívelégtelenségben hunyt el.
Kevesen mondhatják el magukról, hogy döntő mértékben befolyásolták civilizációnk életét. John Bardeen tevékenységéről ez ma bizton állítható, hiszen korunk iparának egynegyede a kvantummechanika, elsősorban a tranzisztortechnika eredményeire épül. Felismerései nélkül aligha ismernénk az űrtechnikát, a modern tévét és rádiót, a DVD és CD lejátszót, a mobiltelefont és ezernyi más elektronikai készüléket. Ami a szupravezetést illeti: jelenleg egy sor kísérleti berendezésben használják, szupravezető elektromágnesekkel működik a világ két legjelentősebb részecskegyorsítója, a bataviai (USA) Fermilab és a genfi (Svájc) CERN. Komolyabb ipari felhasználása még a jövő zenéje. Azon kutatók egyike volt, akiről egyértelműen elmondható: napjainkban csak sejtjük, de nem tudjuk, hogy mekkora szolgálatot tett az emberiségnek.