ली, डेव्हिड एम्. : ( २० जानेवारी १९३१ )
अमेरिकी भौतिकशास्त्रज्ञ आणि नोबेल पुरस्कार विजेता डेव्हिड मॉरिस ली यांचा जन्म राय (Rye), न्यूयॉर्क येथे झाला. त्यांची आई शिक्षिका आणि वडील इलेक्ट्रिकल इंजिनीअर होते. डेव्हिड ली यांनी हार्वर्ड विद्यापीठातून पदवी प्राप्त केली. नंतरचे २२ महिने त्यांनी युनायटेड स्टेट्स आर्मीमध्ये काम केले. त्यानंतर कनेक्टिकट विद्यापीठाची पदव्युत्तर पदवी संपादन केल्यावर त्यांनी येल विद्यापीठात पीएच्.डी. पदवीसाठी हेन्री फेअरबँक यांच्या हाताखाली निम्न तापमान भौतिकी गटामध्ये (Low Temperature Physics Group) काम केले. तिथेच त्यांनी द्रायु अवस्थेतील हिलियमविषयी प्रायोगिक संशोधन केले. पीएच्.डी. संपादन केल्यावर डेव्हिड ली १९५९ साली कॉर्नेल विद्यापीठात रूजू झाले. तिथे आण्विक आणि घन अवस्था भौतिकी (Atomic and Solid State Physics) या विषयातील नवीन प्रयोगशाळा उभारण्याची जबाबदारी त्यांच्यावर होती.
डेव्हिड एम्. ली यांना जे नोबेल पारितोषिक मिळाले, त्या संदर्भातले कार्य त्यांनी १९७० सालाच्या सुरुवातीला केले होते. ली यांच्याबरोबर रॉबर्ट सी. रिचर्डसन आणि पदव्युत्तर विद्यार्थी डग्लस ओशरॉफ यांनी हे काम केलं. त्यासाठी त्यांनी पोमेरांचुक शीतन (Pomeranchuk Cooling) प्रक्रियेचा वापर केला. ही अशी प्रक्रिया आहे की ज्यात द्रायु अवस्थेतील हिलियम-३ चे तापमान ०.३ केल्विनपेक्षा कमी असताना त्याच्यावर आयसेंट्रॉपिक प्रक्रियेने म्हणजे एंट्रॉपी स्थिर ठेऊन दाब दिला जातो आणि ते अजून थंड होते. आयसेंट्रॉपिक प्रक्रिया ही आदर्श उष्मागतिक प्रक्रिया असून ती समोष्ण (adiabatic) व व्युत्क्रमी (reversible) प्रक्रिया आहे. याचा अर्थ असा की या प्रक्रियेत द्रायु प्रवाहाला उष्णता दिली जात नाही किंवा त्याच्याकडून उष्णता काढून घेतली जात नाही, तसेच घर्षणामुळे किंवा नि:सारणामुळे (dissipation) ऊर्जेचा ऱ्हास होत नाही. हिलियम-३ चे अतिशय निम्न तापमानाला प्रावस्था संक्रमण (Phase Transition) होते व त्याचे रूपांतर अतिद्रायु-अवस्थेत होते असे ली व त्यांच्या सहकार्यांनी शोधून काढले.
अतिद्रायुता किंवा अतिप्रवाहित्व (Super-fluidity) हा द्रायूचा विशेष गुणधर्म आहे की ज्यांत द्रायुची विष्यंदता (viscosity) शून्य असते. त्यामुळे त्याच्या प्रवाहात गतिज ऊर्जेचा ऱ्हास होत नाही. असा अतिद्रायु जर ढवळला तर त्यात चक्राकार भोवरे तयार होऊन ते सतत फिरत राहतात.
हिलियम-४ आणि हिलियम-३ अशी हिलियम मूलद्रव्याची दोन समस्थानिके आहेत. त्यापैकी हिलियम-४ चे अतिद्रायूत रूपांतर २.१७ केल्विन तापमानाखाली होते. परंतु बराच काळ हिलियम-३ च्या अतिद्रायुतेबद्दल वाद होते. त्यासाठी तापमान बरेच खाली न्यावे लागते.
प्रत्येक मूलभूत कणाचा आभ्राम क्वांटम अंक (spin quantum number) असतो. हा पूर्णांक किंवा अर्धपूर्णांक असतो. प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन व न्यूट्रॉनसाठी तो प्रत्येकी अर्धा असतो तर फोटॉनसाठी तो एक असतो. जेव्हा एखादा कण अनेक मूलभूत कणांचा बनलेला असतो तेव्हा त्याचा आभ्राम सर्व मूलभूत कणांच्या आभ्रामाच्या बेरजेएवढा असतो. हिलियम-४ च्या अणूमध्ये २ प्रोटॉन्स आणि २ न्यूट्रॉन्स असतात. सम संख्येतील या मूलकणांमुळे त्याचा आभ्राम क्वांटम अंक पूर्णांक आहे. म्हणून हिलीयम-४ चे अणू बोसॉन वर्गात मोडतात. अणू जर बोसॉन वर्गातील असतील तर अनेक अणू कमी तापमानाला एकत्र येऊन एकाच कणासारखे वागू शकतात. अशा अवस्थेला बोस-आईनस्टाईन घनीभूत अवस्था म्हणतात. अतिद्रायुतेसाठी या अवस्थेची आवश्यकता असते. हिलीयम-४ बोसॉन असल्यामुळे हे सहज शक्य होते. मात्र हिलियम-३ मध्ये २ प्रोटॉन्स आणि १ न्यूट्रॉन असल्यामुळे त्याचा आभ्राम क्वांटम अंक अर्धपूर्णांक होतो. म्हणून हिलियम-३ चे अणू फर्मिऑन वर्गात गणले जातात. या वर्गातील कण सहजपणे बोस-आईनस्टाईन घनीभूत अवस्थेत जाऊ शकत नाहीत. त्यामुळे साहजिकच हिलियम-३ अतिद्रायु अवस्थेत जाऊ शकत नाही असाच सर्व शास्त्रज्ञांचा होरा होता. परंतु डेव्हिड मार्टीन ली आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी असे दाखवून दिले की फर्मिऑन कण काही ठराविक स्थितीत बोसॉनसारखे वागू शकतात. (या स्थितीत धातूंच्या अतिवाहक स्थितीमध्ये जशा इलेक्टॉनांच्या जोड्या होतात तशा हिलियम-३ च्या अणूंच्या जोड्या होतात.) यासाठी त्यांनी पोमेरांचुक घटाचा वापर करून २.४९१ मिलीकेल्विन इतक्या कमी तापमानाला हिलियम-३ चे घनीभवन होते व त्याचे रूपांतर अतिद्रायु अवस्थेत होते हे दाखविले. या संशोधनाबद्दल डेव्हिड एम्. ली आणि त्यांचे सहकारी रॉबर्ट सी. रिचर्डसन आणि डग्लस ओशेरॉफ या तिघांना १९९६ सालाचा भौतिकशास्त्रातील नोबेल पुरस्कार विभागून मिळाला.
निम्न-तापमान भौतिकीमधील अनेक दुसऱ्या विषयांवरही, विशेषत: द्रव, घन आणि द्रायु अवस्थेतील हिलियम-४, हिलियम-३ व दोन्हींचे मिश्रण याबाबत, ली यांनी संशोधन केले. पुढील उल्लेखनीय शोधांचा यात समावेश आहे: घन अवस्थेतील हिलियम-३ चे प्रतिफेरोचुंबकीय क्रमीकरण (Antiferromagnetic ordering), आभ्राम ध्रुवित (Spin Polarized) अण्वीय हायड्रोजन वायुतील केंद्रकीय आभ्राम तरंग (जॅक फ्रीड यांच्यासोबत), द्रव अवस्थेतील हिलियम-४ आणि हिलियम-३ यांच्या प्रावस्था विलगन आलेखावरील त्रि-क्रांतिक बिंदु (tri-critical point) (कॉर्नेल विद्यापीठातील सहकारी जॉन रेपी यांच्यासोबत). कॉर्नेल विद्यापीठातील ली यांचा पूर्वीच्या संशोधकांचा गट अशुद्धी मिसळलेल्या हिलियमच्या स्थायुरूपावर (Impurity Helium Solids) सध्या संशोधन करीत आहे.
डेव्हिड एम्. ली यांना नोबेल पुरस्काराव्यतिरिक्त इतरही अनेक पुरस्कार मिळाले. उदा., ब्रिटिश इन्स्टिट्यूट ऑफ फिजिक्सचा सर फ्रान्सिस सायमन स्मरणार्थ पुरस्कार आणि अमेरिकन फिजिकल सोसायटीचा ऑलिव्हर बर्कले पुरस्कार (डग्लस ओशेरॉफ व रॉबर्ट रिचर्डसन यांच्याबरोबर) प्राप्त झाले. डेव्हिड ली हे अमेरिकन राष्ट्रीय विज्ञान अकादमीचे आणि अमेरिकन कला व विज्ञान अकादमीचे सदस्य आहेत. सध्या ते टेक्सास ए आणि एम् विद्यापीठात भौतिकशास्त्र शिकवतात. कॉर्नेल विद्यापीठातील पूर्वीच्या संशोधनावर आधारित संशोधनकार्य डेव्हिड ली यांनी इथेही चालू ठेवले आहे.
संदर्भ :
समीक्षक : हेमचंद्र प्रधान
