John Bardeen veranderde niet alleen de natuurkunde. Hij herbouwde de werkelijkheid. Geboren op 23 mei 1908 in Madison, Wisconsin en overleden op 30 januari 1991 in Boston, had hij een record dat nooit zal worden verbroken. Hij is de enige persoon in de geschiedenis die tweemaal de Nobelprijs voor de Natuurkunde heeft gewonnen.
De meeste mensen beschouwen transistors als kleine schakelaars. Dat is waar, maar het is ook de reden dat smartphones bestaan. Voordat Bardeen en zijn collega’s langskwamen, nam elektronica ruimte in beslag. Ze vertrouwden op vacuümbuizen. Deze dingen genereren warmte. Ze braken. ze zijn enorm.
Bardeen hielp bij het uitvinden van de transistor. Hij voltooide dit onderzoek bij William B. Shockley en Walter H. Brattain van Bell Telephone Laboratories, New Jersey. Ze introduceerden dit apparaat op 23 december 1947. Het is klein. Het was efficiënt. Het begon de elektronische revolutie. Deze uitvinding verving vacuümbuizen en maakte het mogelijk computeronderdelen kleiner te maken. Bijna elk digitaal apparaat is terug te voeren op een specifiek moment in Murray Hill, New Jersey.
Maar Bardeen stopte daar niet.
Hij behaalde zijn bachelor- en masterdiploma in elektrotechniek aan de Universiteit van Wisconsin. In 1936 ging hij naar Princeton University om een doctoraat in de wiskundige natuurkunde te behalen. Hij werkte aan de Universiteit van Minnesota en diende vervolgens als hoofdfysicus bij het US Naval Weapons Laboratory in Washington tijdens de Tweede Wereldoorlog.
Na de oorlog ging hij naar Bell Laboratories. Dit is waar de transistor werd geboren. Maar begin jaren vijftig veranderde zijn houding. Hij concentreerde zich op een andere kwestie. Supergeleiding.
Theoretische uitleg van BCS
Supergeleiding is een vreemde toestand van materie. Het komt voor bij temperaturen dichtbij het absolute nulpunt. In deze modus verdwijnt de weerstand volledig. Elektrische stroom vloeit zonder energie te verliezen. Klinkt als magie. Dit is natuurkunde.
In 1957 publiceerde Bardeen, samen met Leon N. Cooper en John R. Schrieffer, een theorie die uitlegde hoe het werkte. Wetenschappers noemen dit de BCS-theorie. Dit acroniem staat voor Bardeen, Cooper en Schrieffer.
De BCS-theorie werd de basis voor al het daaropvolgende theoretische onderzoek naar supergeleiding.
Dit is niet alleen abstracte wiskunde. Dit verklaart waarom een materiaal elektriciteit zonder verlies kan geleiden als het voldoende koel is. Dit theoretische raamwerk stelt onderzoekers in staat het gedrag van supergeleiding te begrijpen en te voorspellen. Het legt de basis voor alles, van MRI-machines tot de kwantumcomputers van de toekomst.
Voor dit werk ontving Bardeen in 1972 zijn tweede Nobelprijs. Hij deelde de prijs met Cooper en Schrieffer. De eerste prijs in 1956 werd gedeeld tussen Shockley en Brattain. Geen enkele andere natuurkundige kan deze prestatie evenaren.
Waarom zijn werk er vandaag de dag toe doet
Je vraagt je misschien af waarom de theorie uit 1957 nu relevant is. Dit is belangrijk omdat supergeleiders nog steeds een baanbrekend vakgebied zijn. Deze worden gebruikt bij medische beeldvorming. Deze zijn nodig voor deeltjesversnellers. Naarmate we verder in de technologie komen, is het belangrijk om te begrijpen hoe elektronen zonder weerstand bewegen.
Bardeen schreef ook theorieën over de eigenschappen van halfgeleiders. van 1951 tot 1972 gaf hij les aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign.
