Lev Davidovich Landau, russisk fysiker

Lev Davidovich Landau, (født 9. januar [22. januar, ny stil], 1908, Baku, det russiske imperium (nu Aserbajdsjan) - død 1. april 1968, Moskva, Rusland, USSR), sovjetisk teoretisk fysiker, en af ​​grundlæggerne af kvanteteorien om kondenseret stof, hvis banebrydende forskning på dette område blev anerkendt med Nobelprisen for fysik fra 1962.

Landau var en matematisk vidunderbarn og enfant forfærdelig. Hans skolegang afspejlede zigzags af radikale uddannelsesreformer i den turbulente periode efter den russiske revolution i 1917. Ligesom mange forskere fra den første sovjetiske generation afsluttede Landau ikke formelt nogle uddannelsesstadier, såsom gymnasiet. Han skrev heller aldrig en doktorafhandling, da akademiske grader var blevet afskaffet og ikke blev restaureret før i 1934. Han afsluttede bacheloruddannelsen i fysik ved Leningrad State University, hvor han studerede fra 1924 til 1927. I 1934 fik Landau en doktorgrad som en allerede etableret lærd.

Mens han stadig var studerende, offentliggjorde Landau sine første artikler. En ny teori om kvantemekanik dukkede op i Tyskland i disse år, og 20-åringen klagede over, at han var ankom lidt for sent til at deltage i den store videnskabelige revolution. I 1927 blev kvantemekanikken i det væsentlige afsluttet, og fysikere begyndte at arbejde på dens relativistiske generalisering og anvendelser til faststof- og nuklearfysik. Landau modnet professionelt i Yakov I. Frenkels seminar ved Leningrad fysisk-tekniske institut og derefter under hans udlandsrejse 1929–31. Støttet af et sovjetisk stipendium og et Rockefeller-stipendium besøgte han universiteter i Zürich, København og Cambridge, og lærte især af fysikerne Wolfgang Pauli og Niels Bohr. I 1930 påpegede Landau en ny virkning som følge af kvantiseringen af ​​frie elektroner i krystaller - Landau-diamagnetisme, modsat spin-paramagnetismen, der tidligere blev behandlet af Pauli. I en fælles artikel med fysiker Rudolf Peierls argumenterede Landau for behovet for endnu en radikal begrebsmæssig revolution i fysikken for at løse de voksende vanskeligheder i relativistisk kvanteteori.

I 1932, snart efter hans tilbagevenden til Sovjetunionen, flyttede Landau til det ukrainske fysisk-tekniske institut (UFTI) i Kharkov (nu Kharkiv). For nylig organiseret og drevet af en gruppe unge fysikere brast UFTI ind i de nye felt inden for nuklear, teoretisk og lavtemperaturfysik. Sammen med sine første studerende - Evgeny Lifshits, Isaak Pomeranchuk og Aleksandr Akhiezer - beregnet Landau effekter i kvanteelektrodynamik og arbejdede med teorien om metaller, ferromagnetisme og superledningsevne i tæt samarbejde med Lev Shubnikovs eksperimentelle kryogeniklaboratorium ved instituttet. I 1937 offentliggjorde Landau sin teori om faseovergange af anden orden, hvor termodynamiske parametre i systemet kontinuerligt ændres, men dets symmetri skifter pludseligt.

Samme år forårsagede politiske problemer hans pludselige flytte til Pyotr Kapitsas Institut for fysiske problemer i Moskva. Institutionelle konflikter ved UFTI og Kharkov University og Landaus egen ikonoklastiske adfærd blev politiseret i sammenhæng med den stalinistiske udrensning og frembragte en livstruende situation. Senere i 1937 blev flere UFTI-forskere arresteret af det politiske politi, og nogle, herunder Shubnikov, blev henrettet. Overvågning fulgte Landau til Moskva, hvor han blev arresteret i april 1938 efter at have drøftet en anti-stalinist indlægsseddel med to kolleger. Et år senere formåede Kapitsa at få Landau løsladt fra fængslet ved at skrive til den russiske premierminister, Vyacheslav M. Molotov, at han krævede teoretikerens hjælp for at forstå nye fænomener observeret i flydende helium.

En kvanteteoretisk forklaring af Kapitsas opdagelse af superfluiditet i flydende helium blev offentliggjort af Landau i 1941. Landaus teori var afhængig af et begreb om kollektive excitationer, som Frenkel og fysiker Igor Tamm havde antydet noget tidligere. En kvantiseret enhed for kollektiv bevægelse af mange atompartikler, sådan excitation kan matematisk beskrives som om det var en enkelt partikel af en eller anden roman art, ofte kaldet en "kvasipartikel." For at forklare superfluiditet postulerede Landau, at der udover phononet (kvantet af en lydbølge) der findes en anden kollektiv excitation, roton (kvantet af virvelbevægelsen). Landaus teori om superfluiditet vandt accept i 1950'erne, efter at flere eksperimenter bekræftede nogle nye effekter og kvantitative forudsigelser baseret på det.

I 1946 blev Landau valgt til fuldt medlem af USSR Academy of Sciences. Han organiserede en teoretisk gruppe i Institut for Fysiske Problemer med Isaak Khalatnikov og senere Alexey A. Abrikosov. Nye studerende måtte bestå en række udfordrende eksamener, kaldet Landau-minimum, for at blive medlem af gruppen. Gruppens ugentlige kollokvium fungerede som det største diskussionscenter for teoretisk fysik i Moskva, selvom mange talere ikke kunne klare det ødelæggende niveau af kritik, der blev betragtet som normalt på sine møder. I årenes løb offentliggjorde Landau og Lifshits deres multivolume Course of Theoretical Physics, et vigtigt læringsværktøj for flere generationer af forskningsstuderende over hele verden.

Det kollektive arbejde fra Landaus gruppe omfattede praktisk talt enhver gren af ​​teoretisk fysik. I 1946 beskrev han fænomenet Landau dæmpning af elektromagnetiske bølger i plasma. Sammen med Vitaly L. Ginzburg opnåede Landau i 1950 de korrekte ligninger af den makroskopiske (fænomenologiske) teori om superledningsevne. I løbet af 1950'erne opdagede han og samarbejdspartnere, at selv i renormaliseret kvanteelektrodynamik, optræder en ny afvigelsesvanskelighed (Moskvas nul eller Landau-polen). Fænomenet med, at koblingskonstanten bliver uendelig eller forsvinder ved en vis energi, er et vigtigt træk ved moderne kvantefeltteorier. Foruden hans 1941-teori om overfluiditet introducerede Landau i 1956-58 en anden slags kvantevæske, hvis kollektive excitationer opfører sig statistisk som fermioner (såsom elektroner, neutroner og protoner) snarere end bosoner (såsom mesoner). Hans Fermi-liquid-teori gav grundlaget for den moderne teori om elektroner i metaller og hjalp også med at forklare overfladigheden i He-3, den lysere isotop af helium. I værkerne fra Landau og hans studerende blev metoden med kvasipartikler med succes anvendt på forskellige problemer og udviklet sig til et uundværligt fundament for teorien om kondenseret stof.

Selv efter sit ægteskab i 1939 holdt Landau sig fast på teorien om, at en union ikke må begrænse begge parters seksuelle frihed. Han kunne ikke lide den naturlige filosofi af dialektisk materialisme, især når han blev anvendt til fysik, men han opretholdt historisk materialisme - den marxistiske politiske filosofi - som et eksempel på videnskabelig sandhed. Han hadede Joseph Stalin for forræderiet med idealerne fra 1917-revolutionen, og efter 1930'erne kritiserede han det sovjetiske regime som ikke længere socialistisk, men fascistisk. Med klar over, at de tidligere politiske anklager mod ham ikke officielt var trukket tilbage, udførte Landau nogle beregninger for det sovjetiske atomvåbenprojekt, men efter Stalins død i 1953 afviste han klassificeret arbejde som ikke længere nødvendigt for hans personlige beskyttelse. Videnskabskulturen efter den anden verdenskrig bidrog til den offentlige anerkendelse og helte-tilbedelse, han modtog i sine senere år. I 1962 led Landau alvorlige kvæstelser i en bilulykke. Læger formåede at redde hans liv, men han kom sig aldrig nok til at vende tilbage til arbejde, og han døde af efterfølgende komplikationer.