SỰ KIỆN NOBEL VẬT LÝ 1996

Chia sẻ: Ha Quynh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

52
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giải Vật lý Nobel năm 1996 được trao cho các giáo sư người Mỹ David M. Lee tại Đại học Cornell ở Ithaca (New York, Mỹ), Douglas D. Osheroff tại Đại học Stanford ở Stanford (California, Mỹ) và Robert C. Richardson tại Đại học Cornell ở Ithaca (New York, Mỹ) “do phát minh của họ về tính siêu lỏng của heli-3”.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: SỰ KIỆN NOBEL VẬT LÝ 1996

GIẢI NOBEL VẬT LÝ 1996 Giải Vật lý Nobel năm 1996 được trao cho các giáo sư người Mỹ David M. Lee tại Đại học Cornell ở Ithaca (New York, Mỹ), Douglas D. Osheroff tại Đại học Stanford ở Stanford (California, Mỹ) và Robert C. Richardson tại Đại học Cornell ở Ithaca (New York, Mỹ) “do phát minh của họ về tính siêu lỏng của heli-3”. Khi nhiệt độ hạ thấp vào một ngày đông lạnh giá, hơi nước trở thành nước và nước trở thành băng. Những sự chuyển pha này và những trạng thái thay đổi của vật chất có thể được mô tả nhờ vật lý cổ điển. Khi nhiệt độ giảm, điều xảy ra là không còn chuyển động nhiệt hỗn loạn trong các chất khí, chất lỏng và chất rắn. Nhưng tình hình sẽ trở nên hoàn toàn khác khi nhiệt độ tiếp tục giảm và tiến đến không độ tuyệt đối (hay -273, 150C). Trong các mẫu heli lỏng xảy ra cái gọi là hiện tượng siêu lỏng. Vật lý cổ điển không thể giải thích được hiện tượng này. Khi một chất lỏng trở thành siêu lỏng, các nguyên tử của chất lỏng bỗng dưng mất toàn bộ sự hỗn độn của chúng và chuyển động theo một cách phối hợp trong từng chuyển động. Điều này làm cho chất lỏng mất toàn bộ ma sát trong. Khi đó chất lỏng có thể
chảy qua các lỗ rất bé và thể hiện một loạt các hiệu ứng không cổ điển khác. Để thu được hiểu biết cơ bản về các tính chất của một chất lỏng như vậy cần phải nhờ đến vật lý lượng tử và các chất lỏng rất lạnh này do đó được gọi là các chất lỏng lượng tử. Bằng cách nghiên cứu các tính chất của các chất lỏng lượng tử một cách chi tiết và so sánh chúng với các dự đoán của vật lý lượng tử nhiệt độ thấp, các nhà nghiên cứu có thể cung cấp thông tin cơ bản để mô tả vật chất ở mức vi mô. Đầu những năm 1970 tại phòng thí nghiệm nhiệt độ thấp ở Đại học Cornell, Lee, Osheroff và Richardson đã phát hiện thấy rằng một đồng vị của heli là heli-3 có thể trở thành siêu lỏng tại một nhiệt độ chỉ khoảng hai phần nghìn độ trên không độ tuyệt đối. Chất lỏng lượng tử siêu lỏng này khác hẳn với chất lỏng lượng tử siêu lỏng mà người ta phát hiện thấy vào những năm 1930 ở nhiệt độ khoảng hai độ (cao hơn một nghìn lần) trong một đồng vị khác của heli là heli-4. Chất lỏng lượng tử mới (heli-3) có những tính chất rất đặc biệt chẳng hạn như các định luật lượng tử của vật lý vi mô thỉnh thoảng cũng trực tiếp chi phối dáng điệu của các vật vĩ mô. Không khí mà chúng ta hít thở không chỉ chứa oxi và nitơ mà còn chứa các khí khác nữa trong đó có khí heli mặc dù rất nhỏ. Trong tự nhi ên, khí trơ heli tồn tại ở hai dạng gọi là các đồng vị với các tính chất khác nhau một cách cơ bản. Đồng vị nặng hơn là heli-4 và đồng vị nhẹ hơn là heli-3. Hầu như toàn bộ heli là heli-4. Còn heli-3 chỉ chiếm một phần rất nhỏ (khoảng một phần triệu tổng số heli). Heli-4 có một hạt nhân với hai proton và hai neutron (tổng số nucleon là 4). Hạt nhân được bao quanh bởi một lớp vỏ electron với hai electron. Do số hạt cấu thành lên nguyên tử heli-4 là chẵn nên nguyên tử heli-4 là một boson. Hạt nhân của heli-3 cũng có hai proton nhưng chỉ có một neutron. Lớp vỏ electron của nguyên tử heli- 3 cũng có hai electron và do đó nguyên tử heli-3 có chứa một số lẻ hạt. Vì thế nguyên tử heli-3 là một fermion. Do hai đồng vị này của heli được được cấu thành từ số hạt khác nhau nên chúng có dáng điệu khác nhau khi chúng được làm lạnh tới các nhiệt độ gần không độ tuyệt đối. Các boson như heli-4 tuân theo thống kê Bose-Einstein. Trong các điều kiện nào đó, chúng ngưng tụ ở trạng thái có năng lượng nhỏ nhất. Quá trình chuyển pha
trong đó xảy ra điều đó được gọi là sự ngưng tụ Bose-Einstein. Người đầu tiên làm lạnh khí heli-4 đến các nhiệt độ thấp sao cho nó hóa lỏng là Heike Kamerlingh- Onnes (Giải Nobel Vật lý năm 1913). Điều này xảy ra vào đầu những năm 1900. Thậm chí khi đó Kamerlingh-Onnes lưu ý rằng khi nhi ệt độ tiến đến khoảng 2 độ trên không độ tuyệt đối, trong chất lỏng xảy ra một điều đặc biệt gì đó. Nhưng phải đến cuối những năm 1930 Pjotr Kapitsa (Giải Nobel Vật lý năm 1978) bằng thực nghiệm mới phát hiện được hiện tượng siêu chảy trong heli-4. Hiện tượng này lúc đầu được Fritz London giải thích một cách có hệ thống và sau đó được Lev Landau (Giải Nobel Vật lý năm 1962) giải thích một cách chi tiết. Các giải thích dựa trên cơ sở thực tế là chất lỏng siêu lỏng mà nó xuất hiện tại một chuyển pha khi nhiệt độ là 2,170 trên không độ tuyệt đối là một loại ngưng tụ Bose-Einstein của các nguyên tử heli. Các fermion như heli-3 tuân theo thống kê Fermi-Dirac và thực tế không bị ngưng tụ ở trạng thái năng lượng thấp nhất. Do đó, sự siêu lỏng không xảy ra trong heli-3 giống như trong heli-4, nghĩa là heli-3 không thể hóa lỏng ở một nhiệt độ khoảng một vài độ trên không độ tuyệt đối. Nhưng các fermion thực tế có thể bị ngưng tụ nhưng theo một cách phức tạp hơn. Điều này đã được đề xuất trong lý thuyết BCS đối với siêu dẫn trong các kim loại. Lý thuyết này do John Bardeen, Leon Cooper và Robert Schrieffer (Giải Nobel Vật lý năm 1972) thiết lập. Lý thuyết BCS dựa trên cơ sở thực tế là electron là một fermion (nó chỉ có một hạt tức là nó chỉ có một số lẻ hạt) và do đó tuân theo thống kê Fermi-Dirac giống như heli-3. Nhưng các electron trong các kim loại được làm lạnh mạnh có thể kết hợp thành từng đôi gọi là cặp Cooper và do đó có dáng điệu như các boson. Các cặp Cooper có thể tạo ra một sự ngưng tụ Bose-Einstein. Xuất phát từ kinh nghiệm tạo ra siêu lỏng trong heli-4 và siêu dẫn trong các kim loại, người ta hi vọng rằng các fermion trong chất lỏng heli-3 sẽ có khả năng tạo ra các cặp boson và sự siêu lỏng có thể thu được trong các mẫu rất lạnh của đồng vị heli-3. Mặc dù nhiều nhóm nghiên cứu đã xem xét vấn đề này trong nhiều năm (đặc biệt là trong những năm 1960) nhưng không có nhóm nào thành công và nhiều người cho rằng không thể tạo ra hiện tượng siêu lỏng trong heli-3.
David Lee, Douglas Osheroff và Robert Richardson đã sử dụng một vài xangtimet khối heli-3 lỏng để tiến hành các thực nghiệm mà chúng dẫn đến phát minh được trao Giải thưởng Nobel Vật lý năm 1996. Họ đã thay đổi áp suất, nhiệt độ và thể tích của heli-3 lỏng và theo dõi cẩn thận sự phụ thuộc lẫn nhau của các biến số đó. Họ là các chuyên gia nhiệt độ thấpở Đại học Cornell và họ đã tự chế tạo ra thiết bị nghiên cứu. Nhờ đó họ có thể tạo ra các nhiệt độ thấp sao cho mẫu ở nhiệt độ khoảng một vài phần nghìn độ trên không độ tuyệt đối. David Lee và Robert Richardson là các nhà nghiên cứu lâu năm trong khi Douglas Osheroff là một nghiên cứu sinh. Họ ở trong cùng một nhóm nghiên cứu. Thực tế là các nhà khoa học này xem xét một hiện tượng khác là một sự chuyển pha cho một loại trật tự từ trong heli-3 đóng băng. Để tìm sự chuyển pha này, họ nghiên cứu áp suất đo được trong mẫu như một hàm của thời gian trong đó thể tích tăng và giảm chậm. Osheroff quan sát thấy những bước nhảy phụ nhỏ trên đường cong đo được Có thể coi những sự lệch nhỏ như thế là đặc tính không thể giải thích được của thiết bị nhưng Lee, Richardson và Osheroff cho rằng đó là một hiệu ứng thực sự. Trong một thông báo đầu tiên công bố năm 1972, kết quả này được giải thích như một sự chuyển pha trong heli-3 đóng băng mà nó xảy ra ở các nhiệt độ thấp. Nhưng do việc giải thích không tương ứng chính xác với các kết quả đo, các nhà nghiên cứu nói trên đã thực hiện một loạt phép đo khác và cũng trong năm 1972 trong bài báo thứ hai họ đã chứng minh rằng thực tế có hai sự chuyển pha trong heli-3 lỏng. Phát hiện này báo trước sự mở đầu cho việc nghiên cứu mạnh mẽ đối với chất lỏng lượng tử mới. Nhà lý thuyết Anthony Leggett có một đóng góp đặc biệt quan trọng khi đưa ra giải thích phát minh của Lee, Richardson và Osheroff. Như vậy, các định luật của vật lý lượng tử đối với các hệ vi mô đôi khi cũng chi phối trực tiếp các hệ vĩ mô. Sau phát minh chất lỏng mới, nhóm nghiên cứu của Olli Lounasmaa ở Đại học Công nghệ Helsinki đã chứng minh rằng chất lỏng mới là chất siêu lỏng. Họ đã đo sự tắt dần của một dây dao động đặt vào trong mẫu và phát hiện thấy rằng sự tắt dần giảm đi một nghìn lần khi chất lỏng bao quanh trải qua sự chuyển pha đến trạng thái mới. Điều này chứng tỏ rằng chất lỏng không có ma sát trong (độ nhớt).
Nghiên cứu sau đó chỉ ra rằng heli-3 ít nhất có ba pha siêu lỏng khác nhau trong đó chỉ có một pha xảy ra nếu đặt mẫu trong từ trường. Như vậy, chất lỏng lượng tử heli-3 thể hiện một cấu trúc phức tạp hơn nhiều so với heli-4. Chẳng hạn như cấu trúc của heli-3 lỏng có tính bất đẳng hướng, nghĩa là nó có các tính chất khác nhau theo các hướng không gian khác nhau. Điều này không xảy ra trong các chất lỏng cổ điển nhưng giống với các tính chất của các tinh thể lỏng do Pierre- Gilles de Gennes (Giải Nobel Vật lý năm 1991) phát hiện. Nếu quay một chất lỏng siêu lỏng với một tốc độ vượt qua một giá trị tới hạn, khi đó xuất hiện các cuộn xoáy (vortice) vi mô. Hiện tượng cuộn xoáy trong heli-3 siêu lỏng cũng có trong heli-4 siêu lỏng. Nhưng trong heli-3 siêu lỏmg, các cuộn xoáy có dạng phức tạp hơn. Các nhà nghiên cứu Phần Lan đã phát triển một kỹ thuật mới bằng cách sử dụng các sợi quang để quan sát trực tiếp xem các cuộn xoáy tác động như thế nào đến bề mặt của heli-3 quay ở các nhiệt độ khoảng một phần nghìn độ trên không độ tuyệt đối. Phát minh của Lee, Osheroff và Richardson thúc đẩy nghiên cứu ở tất cả các phòng thí nghiệm nhiệt độ thấp trên thế giới. Các chuyển pha đến trạng thái siêu lỏng trong heli-3 lỏng đã được sử dụng để định rõ thang nhiệt độ ở các nhiệt độ rất thấp. Chúng còn đóng góp cho sự hiểu biết ngày càng tăng của chúng ta về các siêu dẫn nhiệt độ cao. Gần đây, hai nhóm nghiên cứu thực nghiệm đã sử dụng các chuyển pha đến trạng thái siêu lỏng trong heli-3 để kiểm tra một lý thuyết nghiên cứu xem các dây vũ trụ (cosmic string) có thể được tạo thành trong vũ trụ như thế nào. Các đối tượng rất lớn mang tính giả thuyết này được xem là đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành các thiên hà và chúng có thể sinh ra do các chuyển pha nhanh chóng trong vòng một phần của giây sau vụ nổ lớn (Big Bang). Các nhóm nghiên cứu đã sử dụng các phản ứng hạt nhân sinh ra bởi neutrino để làm nóng từng phần và nhanh chóng các mẫu heli-3 siêu lỏng của họ. Khi chúng được làm lạnh trở lại, xuất hiện các quả bóng của các cuộn xoáy. Các cuộn xoáy này được cho là tương ứng với các dây vũ trụ. Kết quả này không được lấy làm chứng minh cho sự tồn tại
của các dây vũ trụ nhưng lý thuyết đã được kiểm tra có thể áp dụng cho việc tạo ra cuộn xoáy trong heli-3 siêu lỏng. David M. Lee sinh ngày 20 tháng 1 năm 1931 tại thị trấn nhỏ Rye ngay bên ngoài thành phố New York ( Mỹ). Ông là công dân Mỹ. Lee bảo vệ luận án tiến sĩ vật lý năm 1959 tại Đại học Yale. Ông đã được trao tặng Giải thưởng Francis Simon (1976) của Viện Vật lý Anh và Giải thưởng Vật lý chất rắn Oliver E. Buckley (1980) của Hội Vật lý Mỹ do phát minh ra siêu lỏng trong heli-3. Ông là giáo sư tại khoa Vật lý của Đại học Cornell. Cha mẹ ông sinh ra và lớn lên tại thành phố New York. Cha ông là một kỹ sư điện và mẹ ông là một giáo viên trường cơ sở. Cha ông là một giám đốc công ty sản xuất điện ở New York. Họ là con cái của những người Do Thái di cư đến Mỹ từ Anh và Lithuania vào cuối những năm 1800. Lúc nhỏ, Lee thích sưu tầm các sinh vật như ếch, cá, rắn, kỳ nhông và sâu. Từ sáu tuổi, Lee thích sống ở các trại hè của trẻ em ở New England và điều đó làm cho Lee càng gắn bó với thiên nhi ên. Một ham thích khác của Lee là đường tàu hỏa. Lee có một bộ sưu tập về các bảng giờ tàu hỏa ở khắp nước Mỹ và trở thành một chuyên gia du lịch nhỏ tuổi. Cha Lee mua cho Lee một bộ tàu hỏa. Việc đầu tiên Lee làm là nối tàu với một ổ điện và khi đó một cơn mưa tia lửa điện bay khắp phòng. Lee còn quan tâm đến khí tượng. Lee giữ các bản ghi thời tiết riêng của mình và đặt mua bản đồ thời tiết hàng ngày của cơ quan dự báo thời tiết. Một ngày Lee hỏi cha mình về cuốn sách"Vũ trụ bí ẩn" của James Jeans. Cha Lee nói rằng không có một ai thực sự hiểu những gì viết trong cuốn sách này. Lee đọc nó rất say mê và về sau Lee cho rằng chính cuốn sách này đã làm cho ông bắt đầu yêu thích vật lý. Ở trường trung cao, ngoài giờ học Lee thích tham gia các hoạt động thể thao như chạy thi và bóng đá. Lee tốt nghệp trường trung cao năm 1948 và vào học Đại học Harvard ngành vật lý. Ở đó, Lee còn học y học và tham gia Câu lạc bộ du thuyền Harvard. Lee từng tham gia cuộc thi du thuyền từ Newport ở Rhode Island đến Hamilton ở Bermuda.Sau ba năm rưỡi, Lee tốt nghiệp hệ cao đẳng của Đại học Harvard vào tháng 1 năm 1952. Tháng 4 năm 1952 Lee tham gia quân đội Mỹ trong vòng 22 tháng. Ông đã trải qua nhiều vị trí khác nhau trong quân đội trên đất Mỹ trong
những giai đọn cuối cùng của cuệc chiến tranh Nam Triều Tiên. Một buổi tối trong thời kỳ này, ông gặp một người lính trẻ có tên là Herbert Fried. Hóa ra Fried là một nghiên cứu sinh của giáo sư Paul Zilsel tại Đại học Connecticut. Zilsel là một chuyên gia về lý thuyết siêu lỏng. Lee và Fried đã nói chuyện về heli-4 siêu lỏng. Về sau Fried là giáo sư vật lý lý thuyết tại Đại học Brown. Tháng 2 năm 1954 sau khi rời quân ngũ, Lee vào học Đại học Connecticut một phần do cuộc nói chuyện với Fried và một phần do gia đình ông chuyển đến Connecticut. Một năm rưỡi ở Đại học Connecticut đem lại cơ hội cho ông học vật lý thực nghiệm. Đề tài đầu tiên của ông là xây dựng một mạch điều khiển chuẩn ion hóa cho máy gia tốc Cockcroft- Walton của giáo sư Edgar Everhart. Khi đó, các ống chân không là các phần tích cực trong các mạch điện tử. Tại Connecticut, Lee kết bạn với John Reppy - người sau này trở thành đồng nghiệp của ông trong nhóm nhiệt độ thấp của ông tại Đại học Cornell. John nghiên cứu thực nghiệm về heli siêu lỏng với giáo sư Charles Reynolds. Reynold thực sự kích thích sự quan tâm của Lee về siêu lỏng và vật lý nhiệt độ thấp. Cuối cùng Lee hoàn thành các đòi hỏi của bằng thạc sĩ khoa học vật lý tại Đại học Connecticut và sau đó ông trở thành nghiên cứu sinh vật lý tại Đại học Yale vào mùa hè năm 1955. Đề tài nghiên cứu mùa hè của ông tại Đại học Yale là chế tạo một một máy tháo khuôn vòi phun thủy ngân cho máy gia tốc thẳng ion nặng khi đó đang được xây dựng. Bằng cách giải phóng nhiều electron hơn ra khỏi một ion, người ta có thể làm tăng điện tích thực của nó và do đó gia tốc nó đến các năng lượng cao hơn. Các electron được giải phóng khỏi các ion một cách khá có hiệu quả khi các ion được chuyển qua một vòi phun siêu âm của các nguyên tử thủy ngân. Cũng trong mùa hè đầu tiên của mình tại Yale, Lee gặp Russell Donnelly - người hoàn thành luận án tiến sĩ về việc quay heli siêu lỏng trong nhóm nhiệt độ thấp Yale với sự hướng dẫn của giáo sư Cecil T. Lane. Nhà thực nghiệm tài năng này có một sự nghiệp nổi bật và sau này là giáo sư tại Đại học Oregon. Trong một thời gian rất ngắn, Lee đã học được rất nhiều về thực nghiệm vật lý nhiệt độ thấp và cuộc sống của một nhà vật lý thực nghiệm. Điều đó dẫn ông đến quyết định theo đuổi lĩnh vực chuyên sâu này. Thực may mắn là giáo sư Henry A. Fairbank của nhóm nhiệt độ thấp Yale dành một vị trí cho Lee. Fairbank là một người thầy tuyệt
vời và một người hướng dẫn luận án tận tình. Khi đó, người ta đã thu được đồng vị heli-3 và đề tài luận án tiến sĩ của Lee có liên quan đến nghiên cứu heli-3 lỏng. Lee bảo vệ luận án tiến sĩ của mình tại Đại học Yale vào tháng 1 năm 1959 và sau đó đến làm việc tại Đại học Cornell. Ở đây, ông có nhiệm vụ thiết lập một phòng thí nghiệm nghiên cứu vật lý nhiệt độ thấp và giảng dạy tại khoa Vật lý. Lee còn có trách nhiệm đối với việc vận hành máy hóa lỏng heli. Một thời gian ngắn sau khi đến Cornell, Lee gặp Dana - người sau đó trở thành vợ ông. Dana khi đó là một nghiên cứu sinh dinh dưỡng và hóa sinh. Dana sinh ra và lớn lên tại Thái Lan. Cha Dana là người Copenhagen và mẹ Dana là người Thái Lan. Vợ chồng ông sinh được hai con trai. Lee trở thành giáo sư Đại học Cornell. Nhóm nhiệt độ thấp của ông ở Cornell được tăng cường với sự bổ sung vào năm 1960 của giáo sư John D. Reppy - người từng là nghiên cứu sinh tại Connecticut và sau đó tại Yale và Robert C. Richardson từ Đại học Duke. Sau đó, nhóm của Lee còn có thêm giáo sư Jeevak Parpia. Qua nhiều năm, chương trình nghiên cứu của nhóm nhiệt độ thấp Cornell rất thành công. Ngoài công trình về heli-3 siêu chảy, nhóm của Lee đã có những kết quả nổi bật như phát minh của Lee, Reppy và nghiên cứu sinh Erlend Graf về điểm ba tới hạn trên đường cong tách pha của hốn hợp lỏng của heli-3 và heli-4, phát minh của Richardson và nghiên cứu sinh Willian P. Halperin cùng các cộng sự của họ về trật tự phản sắt từ trong heli-3 rắn và phát minh của Lee và Jack H. Freed về các sóng spin hạt nhân trong khí hyđro nguyêntử phân cực spin. Hơn nữa, Reppy và các sinh viên của ông ấy đã tiến hành nhiêu nghiên cứu mở rộng về các dòng không tắt trong heli-3 và heli-4 siêu chảy. Thực nghiệm của Reppy cùng với nghiên cứu sinh David Bishop chứng minh sự chuyển Kosterlitz-Thouless trong các màng heli-4 ssiêu chảy. Do công trình này, Reppy đã được trao tặng Giải thưởng Fritz London năm 1981. Jeevak Parpia gần đây đã thực hiện một số nghiên cứu rất lý thú về heli- 3 siêu chảy trong các hình giới hạn. Các giải thưởng khác được trao cho các thành viên trong nhóm của Lee gồm có Giải thưởng Francis Simon (1976) của Viện Vật lý Anh và Giải thưởng Oliver Buckley (1980) của Hội Vật lý Mỹ. Ngoài ra, David Lee, Robert Richardson và John Reppy được bều làm viện sĩ Viện Hàn lam Khoa học Quốc gia và Viện Hàn lâm Nghệ thuật và Khoa học Mỹ. Lee nói rằng một trong
những phần thưởng xứng đáng nhất trong sự nghiệp khoa học của ông là cơ hội làm việc cùng với các nghiên cứu sinh và theo dõi sự phát triển của họ sau khi bảo vệ luận án tiêns sĩ. Một nghiên cứu sinh của ông là Douglas Osheroff - người cùng chia sẻ với ông Giải thưởng Nobel Vật lý năm 1996. Osheroff là một ví dụ tiêu biểu về một nhà khoa học cực kỳ thành công khi là một nghiên cứu sinh và sau đó có một sự nghiệp nổi bật tại Phòng thí nghiệm AT & T Bell và tại Đại học Stanford. Hầu hết các sinh viên khác của Lee đều có uy tín cao trong khoa học và công nghệ. Lee nói rằng thành công của ông là nhờ có sự giúp đỡ của các học trò và đồng nghiệp của ông. Douglas D. Osheroff sinh năm 1945 tại Aberdeen (Mỹ). Ông là công dân Mỹ. Osheroff bảo vệ luận án tiến sĩ vật lý năm 1973 tại Đại học Cornell. Ông đã được trao tặng Giải thưởng Francis Simon (1976) của Viện Vật lý Anh và Giải thưởng Vật lý chất rắn Oliver E. Buckley (1980) của Hội Vật lý Mỹ do phát minh ra siêu lỏng trong heli-3. Osheroff còn được trao Giải thưởng Gores do thành tích giảng dạy xuất sắc tại Đại học Stanford. Ông là giáo sư tại khoa Vật lý của Đại học Stanford. Về huyết tộc, Osheroff xuất phát từ một dòng họ pha trộn. Cha Osheroff là con của những người Do Thái nhập cư từ Nga một thời gian ngắn sau khi bước vào thế kỷ XX. Còn mẹ Osheroff là con gái của một mục sư đạo Tin lành và vị mục sư này có cha mẹ là người vùng Slovakia. Osheroff lớn lên trong một gia đình làm nghề y. Ông nội Osheroff và các con của ông ấy đều trở thành thầy thuốc hoặc cưới thầy thuốc. Cha mẹ Osheroff gặp nhau ở New York khi cha Osheroff là một bác sĩ thực tập nội trú và mẹ Osheroff là một y tá. Cuối chiến tranh thế giới lần thứ II, cha mẹ Osheroff đến Aberdeen. Đó là một thị trấn nhỏ ở bờ biển phía tây của bang Washington. Osheroff sinh ra ở đó và là con thứ hai trong một gia đình có năm người con. Vì Osheroff sợ máu nên ông không bao giờ thích nghề y. Ông thích chụp ảnh và làm vườn giống như cha mình. Osheroff sớm quan tâm đến khoa học tự nhiên. Khi ông mới sáu tuổi, ông bắt đầu tháo tung từng mảnh đồ chơi của mình để nghịch các động cơ điện. Từ đó trở đi, những lúc rỗi rãi ông đùa nghịch với vô số các trò chơi cơ học, hóa học và điện. Ngôi nhà của gia đình ông chứa đầy các đồ chơi và khoa học và dụng cụ cơ khí nhỏ. Vào năm cuối ở trường trung cao, Osheroff đã chế tạo được một máy X quang 100 keV. Ở trường trung cao, Osheroff làmột
học sinh tốt nhưng chỉ thực sự nổi trội về hai môn vật lý và hóa học. Ông thích vật lý hơn hóa học và thích nhất là làm thực nghiệm. Osheroff vào học Viện Công nghệ California (Caltech) ngành vật lý mà ở đó Feynman đang giảng dạy. ỞCaltech, Osheroff tham gia vào một nhóm sinh viên nghiên cứu quan sát sao hồng ngoại dưới sự hướng dẫn của Gerry Neugebauer. Ông còn bắt đầu làm việc tại phòng thí nghiệm nhiệt độ thấp của David Goodstein. Hai giáo sư Don McCullum từ U. C. Riverside và Walter Ogier từ Cao đẳng Pamona đã đến đây để làm thực nghiệm tiến đến nhiệt độ 0,5 K bằng cách bơm lên một bể heli trong đó có thể điều khiển cẩn thận màng siêu lỏng. Những người này đã khắc sâu vào tâm trí của Osheroff về vẻ đẹp của thế giới nhiệt độ thấp và thúc đẩy ông đi đến quyết định trở thành một nhà nghiên cứu vật lý chất rắn. Osheroff làm nghiên cứu sinh tại Đại học Cornell. Ở đây, Osheroff đã gặp hai người mà họ đóng vai trò rất quan trọng trong cuộc đời của ông. Trong lúc ông đi tìm nhà trọ, ông gặp Phyllis Liu người Đài Loan. Sau đó ba năm, Osheroff gặp lại Liu và họ tổ chức đám cưới vào tháng 8 năm 1970 sau khi Liu bảo vệ luận án tiến sĩ. Người thứ hai là giáo sư David Lee - người hướng dẫn luận án của Osheroff và trưởng phòng thí nghiệm nhiệt độ thấp ở Cornell. Tháng 11 năm 1971 Osheroff và Venky Narayanamurti ở Bell Labs phát hiện ra các chuyển pha bí ẩn trong tế bào Pomeranchuk và Bell Labs nhận Osheroff đến thực tập sau tiến sĩ. Tháng 9 năm 1972 ông cùng với vợ mình là Phyllis đến New Jersey. Vợ ông thực tập sau tiến sĩ tại Đại học Princeton, còn ông đến Bell Labs ở đồi Murray. Osheroff làm việc tại Phòng nghiên cứu chất rắn và nhiệt độ thấp dưới sự chỉ đạo của C. C. Grimes và bắt đầu mua sắm thiết bị cần cho việc nghiên cứu siêu lỏng trong heli-3. Việc mua sắm trang bị này đã được tiến hành từ trước khi Osheroff đến New Jersey. Từ năm 1973 đến năm 1978, nhóm của Osheroff đã đo được nhiều đặc trưng quan trọng của các pha siêu lỏng mà chúng giúp cho việc nhận dạng các trạng thái vi mô phức tạp. Nhóm này phát hiện thấy các pha siêu lỏng hầu như phức tạp không thể tin nổi và chúng được mô tả cực kỳ tốt bởi lý thuyết BCS. Năm 1977 Osheroff quyết định nghiên cứu heli-3 rắn. Đó là đề tài luận án ban đầu của ông. Đồng thời ông cùng với Gerry Dolan bắt đầu nghiên cứu kiểm tra một số ý tưởng của David Thouless về sự định xứ electron trong các hệ hỗn độn một chiều. Vào cuối năm 1979, cả hai cố
gắng này đều thành công ngoài sự mong đợi. Nhóm của Osheroff đã phát hiện ra cộng hưởng phản sắt từ trong các mẫu heli-3 rắn có trật tự spin hạt nhân. Các mẫu này được chuyển trực tiếp từ pha siêu lỏng sang pha rắn có trật tự spin. Cùng lúc nhóm nhiệt độ thấp tại Đại học Florida cũng khám phá ra các cộng hưởng này. Do nhóm của Osheroff làm lạnh các mẫu của họ bằng sự khử từ hạt nhân đoạn nhiệt đối với đồng và sự làm lạnh này khác với sự làm lạnh Pomeranchuk nên chỉ có nhóm này có thể tạo ra và nghiên cứu các tinh thể đơn. Do đó, nhóm của Osheroff có thể nhận dạng các định hướng miền từ cho phép. Cuối cùng Osheroff, Mike Cross và Daniel Fisher xác định được sự đối xứng của cấu trúc mạng con từ và phỏng đoán đúng cấu trúc trật tự chính xác. Sau đó, cấu trúc trật tự này đã được xác nhận bằng tán xạ neutron phân cực. Những sự dịch chuyển tần số do cộng hưởng phản sắt từ này làm cho heli-3 rắn trở thành một hệ từ mô hình cực kỳ có ích. Để hiểu các dịch chuyển này về mặt lý thuyết, nhóm của Osheroff sử dụng hình thức luận của Leggett trong việc giải thích những dịch chuyển tần số đối với heli-3 siêu lỏng. Osheroff và Dolan phát hiện ra sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở suất trong các vật dẫn hỗn độn hai chiều. Phil Anderson và “nhóm bốn” của ông vừa mới dự đoán điều này mà họ gọi là “sự định xứ yếu”. Năm 1987 sau 15 năm làm việc ở Bell Labs, Osheroff chuyển đến Đại học Stanford. Ông luôn luôn cho rằng Bell Labs là chỗ lý tưởng để tiến hành nghiên cứu khoa học. Osheroff chuyển chỗ làm việc một phần vì vợ ông không vừa ý với công việc ở New Jersey và muốn chuyển đến một công ty công nghệ sinh học ở California. Osheroff làm giáo sư khoa Vật lý của Đại học Stanford từ năm 1993 đến năm 1996 và thôi chức danh này vào tháng 9 năm 1996 để dành nhiều thời gian hơn cho các nghiên cứu sinh cuả ông. ỞStanford, Osheroff cùng với các học trò của mình tiếp tục nghiên cứu về heli-3 rắn và siêu lỏng. Ngoài ra, ông còn nghiên cứu các tính chất nhiệt độ thấp của các chất rắn vô định hình. Nhóm của ông đã chứng minh rằng các tương tác giữa các khuếch tật hoạt động trong các hệ này làm phát sinh một lỗ trong mối quan hệ giữa mật độ trạng thái và trường địa phương giống như trong các thủy tinh spin. Trong các vật liệu vô định hình, có thể đo được kích
thước của các chùm kết cặp đối với các khuếch tật như vậy mà khó có thể làm được trong các thủy tinh spin. Robert C. Richardson sinh ngày 26 tháng 6 năm 1937 tại bệnh viện Đại học Georgetown ở Washington (Mỹ). Ông là công dân Mỹ. Richardson bảo vệ luận án tiến sĩ vật lý năm 1966 tại Đại học Duke. Ông đã được trao tặng Giải thưởng Francis Simon (1976) của Viện Vật lý Anh và Giải thưởng Vật lý chất rắn Oliver E. Buckley (1980) của Hội Vật lý Mỹ do phát minh ra siêu lỏng trong heli-3. Ông là giáo sư tại khoa Vật lý của Đại học Cornell. Cha mẹ Richardson là Lois Price Richardson và Robert Franklin Richardson. Họ sống ở Arlington. Richardson chỉ có một em gái là Addie Ann Richardson. Trong chiến tranh thế giới lần thứ II, cha Richardson tham gia vào quân đội Mỹ. Tên đầy đủ của Richardson là Robert Coleman Richardson và đó cũng là tên của cha ông. Cha ông là người Virginia và làm việc cho Công ty điện thoại Chesapeake và Potomac ở Richmond. Cha ông đã tốt nghiệp Đại học Maryland. Còn mẹ ông là người Bắc Carolina. Bà đã học ở nhiều trường đại học như Cao đẳng Gulf Park, Đại học Alabama, Đại học Mississippi, Đại học Virginia và đã nhận được bằng thạc sĩ lịch sử. Richardson học trường cơ sở Walter Reed và trường trung cao Washington-Lee. Tại trường trung cao, Richardson được dạy rằng không độ tuyệt đối là nhi ệt độ tại đó tất cả các chuyển động đều dừng lại. Thưc may mắn là điều này là một sai lầm. Nếu không thì heli-3 có thể không trở thành siêu lỏng. Richardson vào học Đại học Bách khoa Virginia (VPI) (còn gọi là Virginia Tech) năm 1954. Lúc đầu, ông học điện, sau đó chuyển sang học hóa và cuối cùng chọn học vật lý. Trong quá trình học đại học, vào mùa hè Richardson có một công việc rất thú vị tại Cục Tiêu chuẩn Quốc gia (NBS). Richardson xem xét cách định cỡ các chuẩn điện trở mà các công ty điện gửi đến NBS mỗi năm một lần. Chương trình của NBS đối với các sinh viên hè rất hấp dẫn. Trước hết, sinh viên được trả công xứng đáng. Thứ hai là họ thực sự làm công việc nghiên cứu có ích. Cuối cùng, họ được tham dự một loạt xemina hàng tuần để nâng cao sự hiểu biết. Ở NBS, Richardson còn đọc tài liệu khoa học về thiết bị điện và thậm chí gặp một số tác giả
của một số bài báo kinh điển. NBS cung cấp cho Richardson kinh nghiệm về nghiên cứu khoa học. Sau khi tốt nghiệp đại học, lúc đầu Richardson có một ý tưởng mơ hồ là vào học một chương trình sau đại học về thương mại với hi vọng trở thành một người điều hành trong một công ty lớn. Sau đó, ông vào học VPI một năm nữa để nhận được bằng thạc sĩ trướckhi thực hiện nghĩa vụ quân sự như một sĩ quan quân đội. Đề tài luận án thạc sĩ của ông là phép đo thời gian sống của các hạt tải bị ánh sáng kích thích trong gecmani. Richardson cần chế tạo cả thiết bị đo vì người hướng dẫn luận án của ông là Tom Gilmer vừa mới đến VPI và lúc đó phòng thí nghiệm không có gì cả. Gilmer rất bận với công việc trưởng khoa và các giáo sư VPI thường quá tải về giảng dạy. Richardson học cách tự làm lấy mọi việc. Richardson tham gia quân đội Mỹ từ tháng 11 năm 1959 đến tháng 5 năm 1960. Sau khi rời quân ngũ, ông trở thành nghiên cứu sinh của Đại học Duke vào mùa thu năm 1960. Trong đề tài đăng ký nghiên cứu sinh, Richardson định làm một bình Dewar đơn giản cho nitơ lỏng và ông cảm thấy bị thu hút bởi lĩnh vực vật lý nhiệt độ thấp. Ông đã đọc một số bài báo về các nghiên cứu tại Đại học Duke và do đó ông quyết định nộp đơn đăng ký nghiên cứu sinh tại trường này. Rechardson nhận được một lá thư từ Horst Meyer khi đó là một trợ lý giáo sư mới ở Duke. Meyer khuyến khích Richardson đến cùng làm việc với ông ấy. Ở Duke, Richardson gặp Betty McCarthy và họ tổ chức đám cưới năm 1962. Vợ ông cũng là một nghiên cứu sinh vật lý. Vợ chồng ông có hai con gái là Jennifer (sinh năm 1965) và Pamela (sinh năm 1966). Meyer là một người hướng dẫn rất chu đáo. Meyer đã cung cấp cho Richardson kiến thức và kinh nghiệm về công nghệ nhiệt độ thấp mà ông ấy học được khi là một cộng tác viên nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Clarendon ở Oxford. Họ là những người bạn tốt của nhau. Bill Fairbank rời khỏi Duke trước khi Richardson đến Duke. Nhiều thiết bị cũ và phần còn lại của công nghệ thực nghiệm từ Bill Fairbank được giữ lại. Meyer có các kỹ thuật khác với Fairbank và các kỹ thuật của Fairbank và Meyer được kết hợp với nhau. Cả hai kỹ thuật này đều có ưu điểm. Meyer còn hướng dẫn Richardson nghiên cứu cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
đối với tương tác trao đổi trong heli-3. Earle Hunt đến Duke làm cộng tác viên nghiên cứu của Meyer và Hunt hướng dẫn cho Richardson về các phương pháp mới đối với các tiếng vọng spin cộng hưởng từ hạt nhân phát xung. Việc kết hợp kiến thức mà Richardson thu nhận từ Meyer và Hunt thực tế là phần còn lại trong sự nghiệp nghiên cứu của Richardson. Richardson hoàn thành luận án tiến sĩ năm 1965 và ông ở lại Duke làm một cộng tác viên nghiên cứu. Khi đó, ở Đại học Cornell có nghiên cứu về vật lý nhiệt độ thấp. Mùa xuân năm 1966, Phòng thí nghiệm vật lý nguyên tử và chất rắn của Đại học Cornell mời Richardson về làm việc cùng với David Lee và John Reppy để nghiên cứu heli ở nhiệt độ rất thấp. Richardson chuyển gia đình mình đến Ithaca tháng 10 năm 1966. Môi trường nghiên cứu ở Cornell rất tốt với một loạt các nghiên cứu sinh tài năng, các đồng nghiệp gắn bó cả về lý thuyết và thực nghiệm và một nhóm các chuyên gia hỗ trợ kỹ thuật sẵn sàng giúp đỡ bất cứ việc gì. Vợ của Richardson giảng dạy vật lý ở Cornell.và về sau trở thành một giảng viên cao cấp. Con gái đầu của Richardson bảo vệ luận án thạc sĩ mỹ thuật tại Đại học Columbia. Còn con gái thứ hai của ông khi đang học Đại học Vanderbilt để lấy bằng thạc sĩ thì bị chết do bệnh tim.