14

ÂWIAT NAUKI CZERWIEC 2004

pano

rama

naukowców, którzy w 1957 roku przedstawi-
li jej matematyczny opis.

Wkrótce po odkryciu nadprzewodnictwa

wysokotemperaturowego fizycy stwierdzili,
˝e nie potrafià wyjaÊniç w∏aÊciwoÊci nowych
materia∏ów w ramach ukochanej teorii BCS.
Po pierwsze, w wysokiej temperaturze drga-
nia termiczne powinny zniszczyç ka˝de przy-
ciàganie wytwarzane przez fonony. (Ostatnio
to ograniczenie temperatury krytycznej zo-
sta∏o jednak zakwestionowane). Po drugie,
zastàpienie atomów ich izotopami zmienia
cechy charakterystyczne fononów (ci´˝sze
atomy powinny drgaç wolniej), co z kolei,
zgodnie z teorià BCS, prowadzi do zmiany
temperatury krytycznej o ÊciÊle okreÊlonà
wielkoÊç. Nadprzewodniki wysokotempera-
turowe tej w∏aÊciwoÊci nie wykazujà. Proble-
mów, które trudno wyjaÊniç w ramach teorii
BCS, jest wi´cej.

Ostatnio fizycy badajà „schodek” na wy-

kresie energii pary elektronów, majàc na-
dziej´, ˝e trop ten doprowadzi do odkry-
cia sprz´˝enia wywo∏ujàcego parowanie si´
elektronów. Wielu badaczy wiàza∏o go z
pojawieniem si´ pewnego kolektywnego
stanu elektronów, który jest w rezonansie
ze wzbudzeniami magnetycznymi spinów
atomów miedzi. Jedna z grup doÊwiadczal-
nych stwierdzi∏a, ˝e przyczynà pojawienia
si´ schodka sà fonony. Je˝eli tak jest napraw-
d´, to mielibyÊmy niema∏e zamieszanie w
konwencjonalnej wiedzy na temat niekon-
wencjonalnych nadprzewodników.

Wydaje si´ jednak, ˝e wyniki badaczy z

McMaster University i Brookhaven National
Laboratory eliminujà rezonans magnetycz-
ny oraz fonony z roli kleju ∏àczàcego elektro-
ny w pary. W przeprowadzonym przez nich
doÊwiadczeniu nadprzewodnik poddawany
by∏ dzia∏aniu fal podczerwonych, a pomiar
widma promieniowania rozproszonego do-

starcza∏ informacji o energiach sparowanych
elektronów. Zespó∏ fizyków pod kierunkiem
Thomasa Timuska z McMaster University
stwierdzi∏ obecnoÊç w spektrum ostrego pi-
ku, odpowiadajàcego promieniowaniu o okre-
Êlonej cz´stoÊci, oraz t∏a obejmujàcego szero-
ki zakres cz´stoÊci. Ostry pik musi byç
zwiàzany ze schodkiem rejestrowanym w in-
nych pomiarach. Pik jednak znika w tzw. ma-
teria∏ach nadmiernie domieszkowanych, któ-
re zawierajà wi´cej atomów tlenu, ni˝
potrzeba do optymalnego nadprzewodnic-
twa. (Materia∏y nadmiernie domieszkowane
nadprzewodzà, ale w tym ni˝szej tempera-
turze, im domieszkowanie jest wi´ksze). Na
tej podstawie wyeliminowano fonony jako
przyczyn´ piku i schodka – fonony powinny
byç obecne we wszystkich materia∏ach, tak-
˝e nadmiernie domieszkowanych. Nie mogà
byç równie˝ odpowiedzialne za pojawienie
si´ szerokopasmowego t∏a. Wtedy t∏o gwa∏-
townie urywa∏oby si´ przy wysokich cz´sto-
Êciach, a tego nie zaobserwowano.

W∏aÊciwoÊci ostrego piku, czyli warunki,

w jakich si´ go obserwuje, dobrze odpowia-
dajà oczekiwanym w∏aÊciwoÊciom rezonan-
su magnetycznego. Ale i tu pojawia si´ pro-
blem. Pik znika w materia∏ach, które mimo
nadmiernego domieszkowania wcià˝ nad-
przewodzà. Rezonans nie mo˝e wi´c byç
przyczynà nadprzewodnictwa.

Pozostaje jeszcze szerokie t∏o, o którym

Timusk i jego wspó∏pracownicy sàdzà, ˝e
jest przejawem procesu wiàzania elektro-
nów w pary. Jak sugeruje Michael Norman,
zajmujàcy si´ technologià materia∏ów w Ar-
gonne National Laboratory, intensywnie ba-
dany rezonans magnetyczny z pewnoscià nie
jest owym klejem, który jednak ma natur´
magnetycznà. W ka˝dym razie walka trwa.
Dwaj zawodnicy zostali znokautowani, a za-
gadka wcià˝ czeka na rozwiàzanie.

n

EK

OL

OGIA

Bohaterowie z przypadku

WYDRY MORSKIE CZYSZCZÑ DNO OCEANICZNE Z ROPY. SONYA SENKOWSKY

M

in´∏o ju˝ 15 lat od katastrofy Exxon
Valdez i zanieczyszczenia ropà ala-
skaƒskiego Przylàdka Ksi´cia Wa-

lii, a ponad 12 lat od chwili, kiedy ostatnie
ekipy porzàdkowe zakoƒczy∏y usuwanie

zniszczeƒ i rozjecha∏y si´ do domów. Przylàd-
ka nie opuÊci∏a tylko jedna grupa sprzàtajà-
ca – wydry morskie. Zwierz´ta te sà szczegól-
nie poszkodowane, poniewa˝ nadal ˝yjà na
zanieczyszczonych terenach. Szukajàc po-

Teori´ BCS stworzyli w latach

pi´çdziesiàtych amerykaƒscy

fizycy John Bardeen,

Leon Neil Cooper

i John Robert Schrieffer.

Naukowcy wyjaÊnili na

poziomie mikroskopowym

mechanizm nadprzewodnictwa

w nadprzewodnikach

konwencjonalnych, których

temperatura krytyczna

nie przekracza 20 K,

a szerokoÊç przerwy

energetycznej jest rz´du 1 meV.

Za odkrycie otrzymali

w roku 1972 Nagrod´ Nobla.

NADPRZEWODNICTWO

KLASYCZNE

CZERWIEC 2004 ÂWIAT NAUKI

15

pano

rama

karmu, przekopujà dno morskie i uwalniajà
zalegajàcà tam rop´. Niestety, przy okazji
si´ podtruwajà.

Ekolodzy stojà przed trudnà alternatywà:

albo usunàç pozostajàcà na dnie rop´ (po-
wodujàc przy tym du˝e zmiany w Êrodowi-
sku), albo pozwoliç wykonaç wydrom czar-
nà robot´, liczàc si´ z tym, ˝e zwierz´ta s∏ono
za to zap∏acà.

Poczàtkowo naukowcy przypuszczali, ˝e

resztki ropy zostanà uniesione przez fale
ku brzegom, gdzie wystawione na dzia∏a-
nie powietrza stwardniejà i stracà toksyczne
sk∏adniki lotne. „Zak∏adaliÊmy, ˝e ca∏a roz-
lana ropa b´dzie si´ unosiç na powierzchni
stworzonej przez nas zapory i tam sku-
pi∏y si´ wszystkie nasze dzia∏ania” – wy-
jaÊnia Stanley D. Rice, kierownik projektu
laboratoryjnego w Alaska Fisheries Science
Center w Juneau, podlegajàcego National
Oceanic and Atmospheric Administration
(NOAA).

Poniewa˝ nadal obserwowano zatrucia

ropà zwierzàt zasiedlajàcych obszar, na któ-
rym wydarzy∏a si´ katastrofa, w 2001 roku
naukowcy z NOAA po raz kolejny zbadali
zagro˝ony odcinek wybrze˝a. W ponad 70%
miejsc znaleziono du˝o wi´ksze, ni˝ si´ spo-
dziewano, iloÊci p∏ynnej ropy pochodzàcej
z Exxon Valdez. „Nadal charakteryzuje si´
ona du˝à zawartoÊcià substancji toksycz-
nych” – twierdzi kierownik zespo∏u Jeffrey
W. Short.

Wydry morskie, które ˝ywià si´ ma∏˝ami

i innymi bezkr´gowcami, szukajà pokarmu,
nurkujàc i robiàc pod dnem wykopy i kana-
∏y. Jedna wydra potrafi w ciàgu roku zrobiç
tysiàce przekopów, przerzucajàc dziennie
od 3.5 do 5 m

3

osadów dennych.

„Z przekopywanych osadów uwalnia si´

zalegajàca na dnie ropa, nast´pnie rozprze-
strzenienia si´ i wyp∏ywa na powierzchni´” –
mówi biolog James L. Bodkin. Obserwowa∏
on grup´ oko∏o 70 wydr zamieszkujàcych pó∏-
nocnà cz´Êç Knight Island. W regionie tym
po wycieku ropy zgin´∏o 90% populacji tych
zwierzàt. Nie umierajà one ju˝ z powodu hi-
potermii w wyniku oblepienia cia∏a przez ro-
p´, istniejà natomiast dowody, ˝e si´ zatru-
wajà. Naukowcy zaobserwowali skrócenie
˝ycia wydr o 10–40%, a u pad∏ych zwierzàt
stwierdzano obrz´k i uszkodzenie wàtroby.
PoÊwi´cenie zdrowia i ˝ycia wydr morskich
powinno jednak przynieÊç wymierne korzy-
Êci. „Nowe wydry zasiedlajàce te tereny b´dà
˝y∏y w czystszym Êrodowisku” – zauwa˝a
Rice. „Zmniejszajàcy si´ we krwi wydr po-
ziom indukowanego przez toksyny enzymu
cytochromu P450-1A Êwiadczy, ˝e ekspozy-
cja na rop´ stopniowo s∏abnie” – twierdzà

z kolei Brenda E. Ballachey, fizjolog z USGS,
i Paul W. Snyder, patolog z Purdue Universi-
ty. Chocia˝ wydry nadal chorujà na skutek
kontaktu z rozlanà ropà, jej iloÊç w Êrodowi-
sku zmniejsza si´ z roku na rok.

Poszukujàc dalszych funduszy na walk´

z tà kl´skà ekologicznà, naukowcy zasta-
nawiajà si´, czy sensowne jest usuwanie ta-
kich zanieczyszczeƒ. „Podejrzewam, ˝e gdy-
byÊmy zadali sobie to pytanie kilka lat temu
i mieli t´ wiedz´, którà mamy teraz, to oczy-
ÊcilibyÊmy ca∏y teren, gdzie nastàpi∏ wyciek”
– mówi Rice. Wymaga∏oby to zaanga˝o-
wania ci´˝kiego sprz´tu. Trzeba by przeko-
paç dno i uwolniç zalegajàcà tam rop´, która

zosta∏aby nast´pnie roz∏o˝ona przez mikro-
organizmy.

Jednak podj´cie takich dzia∏aƒ teraz nie-

koniecznie by∏oby s∏usznym posuni´ciem.
Mechaniczne oczyszczenie wody szybko
umo˝liwi∏oby wprawdzie wydrom i innym
zwierz´tom, na przyk∏ad kamieniuszkom,
rozpocz´cie bezpiecznych polowaƒ, ale mo-
g∏oby si´ okazaç szkodliwe dla innych zwie-
rzàt i wywo∏aç nieodwracalne zmiany w Êro-
dowisku. „W niektórych miejscach mo˝emy
bardziej zaszkodziç ni˝ pomóc – podkreÊla
Rice. – Dobre rozwiàzanie z punktu widze-
nia wydr niekoniecznie musi byç korzystne
na przyk∏ad dla mi´czaków i innych miesz-
kaƒców wodnych g∏´bin. Wybór wcale nie
jest oczywisty”.

n

JACK SMITH

AP Photo

TOKSYCZNE PO˚YWIENIE.

Przekopujàc dno oceaniczne
podczas ˝erowania, wydry
morskie oczyszczajà teren
z pozosta∏oÊci ropy, która
wyciek∏a z tankowca
Exxon Valdez w okolicach
Przylàdka Ksi´cia Walii.
Zawarte w ropie toksyny
nadal trujà zwierz´ta.