荷蘭的萊頓低溫實驗室

2019-11-22 00:08:01
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名稱: 荷蘭的萊頓低溫實驗室

19世紀末20世紀初始,曾在低溫實驗的研究方面開展過一場世界性的角逐,在這場轟動的科壇競賽中,處于領先地位的是位于荷蘭一座小城的萊頓低溫實驗室。

談到萊頓低溫實驗室就不得不先提及它的創始人,低溫物理學家卡麥林·昂尼斯(KamerlinghOnnes ),他于1853年9月21日生于荷蘭的格羅寧根,1926年2月21日卒于荷蘭的萊頓。因制成液氦和發現超導現象于1913年獲諾貝爾物理學獎。

  1882年,29歲的昂尼斯被任命為萊頓大學物理學教授和物理實驗室負責人。當時物理學正處在一個轉變的時代,人們越來越重視物理實驗。昂尼斯在擔任萊頓大學物理實驗室負責人后,就決定把研究低溫物理作為主攻方向。要進行低溫方面的實驗,首先就要獲得低溫,低溫要靠液化氣體獲得,當時只有氫和氦還沒有被液化。英國物理學家杜瓦從1877年開始研究,經過二十多年,于1898年液化了氫。昂尼斯領導的萊頓大學物理實驗室為了滿足低溫研究的需要,于1892~1894年建成了大型的液化氧、氮和空氣的工廠,1906年可以大量生產液氫,為液化氦打下了堅實的基礎。又經過兩年奮斗,終于在1908年7月10日成功地液化了氦,為在液氦溫度下研究物質的性質創造了條件。  金屬的電阻問題是昂尼斯的一個重要研究課題,當時對金屬的電阻在絕對零度附近如何變化,有不同的說法。有人認為純金屬的電阻應隨溫度的降低而逐漸變小,并最終在絕對零度消失。昂尼斯最初相信的是開爾文1902年提出的另一種觀點,即隨著溫度的降低,金屬的電阻在達到一極小值后,會由于電子凝聚到金屬原子上而變為無限大。昂尼斯由于掌握了液化氦的技術,因而具備了從實驗上研究這一問題的條件。1911年2月,他測量了金和鉑在液氦溫度下的電阻,發現在4.3K以下,鉑的電阻保持為一常數,而不是通過一極小值后再增大。因此他改變了原來的看法,而認為純鉑的電阻應在液氦溫度下消失。  為了檢驗他的看法,選擇了汞作為實驗對象,因為汞比其他金屬容易提純。實驗結果出現了令人意想不到的奇特現象:汞的電阻在4.2K左右突然消失。1911年4月~11月,昂尼斯在連續三篇論文中詳細地報道了他的實驗結果。1913年,昂尼斯又發現錫和鉛也具有和汞一樣的超導電性,不純的汞也具有超導電性。  由于昂尼斯對萊頓大學物理實驗室的出色領導和管理,使該實驗室成了本世紀初全世界低溫研究的中心。有許多國外學家曾來到萊頓大學,在這個實驗室短期或較長期地工作。他們之中不僅有卡麥林·昂尼斯的合作者,還有其他來自世界各地的學者和技師,到萊頓研究或學習的主要課題是低溫學。實驗室的其他研究項目包括熱力學、放射性定律、光學及電磁學現象的觀察,例如熒光和磷光現象,在磁場中偏振面的轉動,磁場中晶體的吸光光譜,以及霍爾效應,介電常數,特別是金屬的電阻。從1901年起創辦的培訓儀器制造廠和玻璃吹制工的學校,也為卡麥林·昂尼斯和的實驗室贏得了榮譽。

總之,萊頓低溫實驗室逐漸在國際上贏得了日益重大的聲譽