John Robert Schrieffer bestudeerde niet alleen hoe objecten elektriciteit geleiden. Hij ontdekte hoe elektriciteit kon stromen zonder energie te verliezen. Het klinkt als magie, maar het is natuurkunde. Dit leverde hem een Nobelprijs op.
Schrieffer werd in 1931 geboren in Oak Park, Illinois en werd een van de belangrijkste denkers in de fysica van de gecondenseerde materie. Hij stierf op 27 juli 2019 in Tallahassee, Florida. Maar zijn prestaties gaan verder dan wat er in de leerboeken staat. Het is de machine die MRI-scannen mogelijk maakt. Het is te zien op een magneettrein die over de sporen glijdt. Dit is de toekomst van het internet.
BCS-theorie en het mysterie van supergeleiding
De doorbraak kwam toen Schrieffer een jonge afgestudeerde student was. Hij werkt onder supervisie van John Bardeen aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign. Ze proberen een raadsel op te lossen dat wetenschappers al tientallen jaren in verwarring brengt. Waarom verliezen sommige metalen hun weerstand als ze worden afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt?
Het is niet genoeg dat het is gebeurd. Wetenschappers moeten weten ‘hoe’.
Schriefer, Bardeen en Leon N. Cooper stelden voor wat nu de BCS-theorie wordt genoemd. De naam is afgeleid van hun initialen. Deze theorie, gepubliceerd in 1957, was de eerste microscopische theorie van supergeleiding. Meestal wordt uitgelegd dat wederzijds afstotende elektronen paren vormen. Deze “Cooper-paren” zorgen ervoor dat atomen door het metaalrooster kunnen gaan zonder te botsen. Er zijn geen onregelmatigheden. Geen wrijving. Er is geen weerstand.
Dit is niet alleen abstracte wiskunde. Dit is een volledige herschrijving van hoe we het gedrag van elektronen in vaste stoffen begrijpen. Schrieffers bijdrage was de wiskundige lijm die de theorie bij elkaar hield. Hij nam de ideeën van Cooper over elektronenparen en de opvattingen van Bardeen over roostertrillingen en verweefde ze tot een samenhangend geheel.
Studentenleven
Schrieffers carrière groeide net zo snel als de elektronen die hij bestudeerde. Na het behalen van zijn doctoraat studeerde hij in 1957 af aan de Universiteit van Illinois en gaf later les aan de Universiteit van Chicago. Toen ging ik terug naar Illinois. Daarna studeerde hij aan de Universiteit van Pennsylvania in Philadelphia.
In 1964 werd hij benoemd tot Mary Amanda Wood hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Pennsylvania. In hetzelfde jaar publiceerde hij de “Theory of Supraconductivity”. Dit boek is een standaardbron geworden voor natuurkundigen over de hele wereld. Dit is niet alleen een samenvatting van Nobelprijswinnende werken. Dit is een leidraad voor de nieuwe generatie onderzoekers.
Hij vervolgde weer. Van 1969 tot 1975 was hij de Andrew D. White Distinguished Professor aan de Cornell University. Vervolgens werkte hij aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara, waar hij van 1980 tot 1991 hoogleraar natuurkunde was. In 1992 vestigde hij zich uiteindelijk aan de Florida State University.
Gedurende zijn carrière concentreerde Schrieffer zich op supergeleiding. Hij bestudeert supergeleiders op hoge temperatuur. Hij zocht naar manieren om dit fenomeen realistischer te maken. Hij wilde het laboratorium verlaten en de echte wereld in.
De Nobelprijs en de prijs van roem
In 1972 ontvingen Schrieffer, Bardeen en Cooper de Nobelprijs voor de natuurkunde. Dit is een historisch moment.
