>>NFS>>Arkiv>>Verdens Fysikkår 2005

Verdens Fysikkår 2005

Ivar Giaever av Kristian Fossheim

Nobelpris-vinnaren i fysikk 1973, Ivar Giaever, er ein nordmann med ein heilt uvanleg vitskapleg karriere, ikkje berre fordi han hittil er den einaste nordmann som har fått Nobelprisen i fysikk, men ennå meir for måten det skjedde på. Giaever vart fødd i Bergen i 1929, men voks opp på Lena i Toten der foreldra dreiv eit apotek. Trass i gode eksamenar frå Katedralskolen på Hamar kom han ikkje inn på det studiet han ynskte, det elektrotekniske studiet ved Norges Tekniske Høgskole (NTH) i Trondheim. Han måtte difor gjennomføre eit NTH-studium som knapt interesserte han. Dårlegast gjorde han det, paradoksalt nok, i fysikk. Truleg som eit slag kompensasjon for det feilaktige studiet, valde han å delta intenst i mange aktivitetar i det runde raude huset, Studentersamfunnnet. Her vart han ein meister i disiplinar som biljard, sjakk, bridge og poker. Etter eit studium prega meir av det glade studentliv enn av alvorleg bokleg innsats, og med ein middels eksamen frå maskinlina ved NTH i 1952, gifta han seg same året med ungdomskjærasten Inger Skramstad frå Skreia. Etter avlagt militærteneste tok han arbeid i det statlege kontoret for industrielt rettsvern i Oslo, men fekk ikkje husvære til familien. Inger og sonen John måtte bu hos foreldra hans og hennar, vekselvis på Eidsvoll og Skreia, medan Ivar budde hos ein kamerat i Oslo. I 1955, då han fekk den klåre meldinga at han ikkje kunne søkje om husvære i byggelaget OBOS fordi kona budde på landet, tok det berre tre veker før familien tok farvel med Noreg for godt, og emigrerte til Canada.

Sin første jobb i Canada fekk Giaever ved eit arkitektkontor i Ontario, med ei løn på 200 dollar i månaden. Men etter ei tid kom han inn ved ei kanadisk avdeling av det amerikanske konsernet General Electric (GE). Der vart han plukka ut til å gå gjennom eit avansert etterutdanningsprogram for ingeniørar. Han såg dette som ein eineståande sjanse, og gjorde sitt ytterste. Samtidig viste han seg og som ein dyktig medarbeidar. Begge deler vart verdsett i firmaet. Men snart vart han klar over at det kunne vere mogeleg å få seg mykje betre betalt arbeid hos General Electric i Schenectady, i nordre delen av staten New York. I 1956 tok han sjansen på å seie opp stillinga i Canada og flytte til USA. Først då toget rulla ut frå stasjonen, fekk han meldinga om at han var overførd innan GE. Han gjekk rett til ny jobb, stikk i strid med regelen som gjaldt, at dei ikkje overførde personell.

Det spesielle var nå at Giaever fekk arbeid som anvendt matematikar, og samarbeidde med ein svært dyktig tysk matematikar Hans Bueckner. Men Giaever syntest ikkje han hadde kome på rett stad. Han vart kjend med fysikarar som arbeidde ved det store forskningslaboratoriet til GE i Schenectady, og ein av dei, Gabriel Horvay, foreslo at han skulle prøve seg der. Giaever var fascinert av den intellektuelle fridomen ved dette senteret, der medarbeidarane i stor grad kunne velje kva problem dei ville arbeide med.

Ved forskingssenteret kom han inn, etter eiga utsegn, fordi dei misforstod karakterskalaen frå NTH, og tolka 4.0 som beste karakter. Nå vart han sett til å samarbeide med John Fisher som ville utføre såkalla tunnel-eksperiment. Tanken var at ein skulle sende ein elektrisk straum frå eitt metall til eit anna, sjølv om dei var skilde frå kvarandre med eit elektrisk isolerande lag, altså med ein tett barriere mellom dei. Elektrona som skulle bevege seg over til det andre metallet ville dermed bokstaveleg tala møte veggen. Dei skulle slett ikkje kunne klare å passere gjennom denne veggen etter vanleg fornuft og klasisk tankegang, noko Giaever var heilt klår over. Men i følgje kvanteteorien frå 1920-talet skal små partiklar som elektron kunne passere gjennom slike tynne veggar, eller barrierar utan å setje spor, endå om energien dei har er for liten til å bryte gjennom.

Giaever kunne ikkje kvantefysikk, og trudde ikkje at tunnel-effekt kunne vere ein realitet. Men etter mykje prøving og feiling fekk han til eksperimentet. I ei vakuumklokke, som vist i biletet av Giaever med glasklokka, let han ei metalloverflate oksidere slik at det danna seg ein tynn isolerande film på den. Dermed var barrieren på plass. Så dampa han ein ny metallfilm oppå der igjen. Dermed hadde han ein høgst uvanleg tunnel-"kontakt" av metall-isolator-metall. Til si eiga overrasking fann han nå at det gjekk an å sende elektrisk straum gjennom denne kontakten, stikk i strid med det han ville trudd, men i fullt samsvar med det kvanteteorien seier. Alle målingar han gjorde, stemde med teorien som ingen hittil hadde kunne etterprøve i systematiske og kontrollerte laboratorieeksperiment. Nå var han overtydd. Men det vart ikkje kollegane då han presenterte resultata. Dei fann fleire mogelege alternative forklaringar. Og han kunne ikkje tilbakevise argumenta deira. Kanskje hadde dei rett? Frå nå av var det ei stor utfordring å komme til avklaring av dette spørsmålet.

Nå var Giaever for alvor blitt interessert i fysikk, og søkte om opptak ved Rensselaer Polytechnic Institute i Troy, nær Schenectady. Her følgde han forelesingane til professor Hil Huntington i faststoff-fysikk våren 1960. Eit av dei tema som kom opp, var superleiing. Huntington fortalde at det finst metall som misser all elektrisk motstand når dei blir kjølde under ein viss temperatur Tc. Giaever, som den notoriske skeptikar han var, trudde ikkje dette kunne vere mogeleg, men følgde interessert med vidare.

Huntington la nå ut om teorien som seier at energispekteret til elektrona endrar seg kraftig når eit metall blir superleiande under Tc. Det var dei tre fysikarane John Bardeen, Leon Cooper og Robert Schrieffer som hadde rekna ut at elektronspekteret i ein superleiar skal ha eit forbode energiområde, eit energigap som vert kalla BCS-gapet etter namna på dei tre forskarane. Akkurat der fekk Giaever ideen som skulle gjere han til Nobelprisvinnar. Brått innsåg han at BCS- gapet ville kunne gje han ein gyllen sjanse til å vise at han hadde fått til tunneleksperimentet som kollegane ikkje hadde hatt tillit til. Gapet ville hindre elektrona i å tunnelere i eit visst spenningsområde som svara til storleiken på gapet. Gapet ville dermed sette igjen ein tydeleg "signatur" i måledata, meinte han. Dermed skulle han overtyde skeptikarane ved laboratoriet om at han hadde kontroll på fenomenet elektrontunnelering.

Kjende forskarar som Charles P. Bean og Walter A. Harrison ved GE-laboratoriet vart konsulterte. Dei meinte av teoretiske grunnar at BCS-gapet ikkje ville komme til syne i tunneleksperimentet, men dei oppmuntra han likevel til å prøve. Han fekk hjelp med å setje opp eksperimentet som kravde svært låge temperaturar, ned mot -273 grader celsius. Han valde ein kombinasjon av aluminium og bly, og brukte same metode som i det første tunnel-eksperimentet. Inne ei glasklokke der lufta var pumpa ut, vist i fotografiet med Giaever, la han ein film av aluminium på ei glasplate. Så slepte han inn luft som reagerte med aluminium og danna ein veldig tynn oksidfilm på aluminiumet. Deretter la han på ein film av bly. Oksidlaget ville fungere som ein vegg eller barriere mellom dei to metalla. Nå hadde han det vi ovanfor omtala som ein tunnel-"kontakt". Av særleg interesse var det nå at den ville fungere som ein "kontakt" mellom normalt metall (aluminium) og superleiar (bly) i temperaturområdet mellom superleiartemperaturen 7.2 kelvin for bly og superleiartemperaturen 1.2 kelvin for aluminium. Eksperimentet vart ein gedigen suksess. På ei veke hadde han gjort det første og avgjerande eksperimentet. Men bonusen var mykje større enn det han hadde tenkt seg: Han førde eit avgjerande bevis for at BCS-teorien var rett. Målingane inneheldt mykje meir informasjon enn berre verdien av energigapet. Heile det såkalla BCS-spekteret vart målt. Etter dette kom det ei rekkje artiklar frå Giaever og medarbeidarar som utdjupa dette nye feltet av superleiarforsking. Leiande teorigrupper i USA følgde opp. Snart vart også ein ung engelsk student, Brian Josephson i Cambridge, interessert i ei vidareføring av teorien. Han fann at også Cooper-par skulle kunne tunnelere, stikk i strid med den mykje meir berømte John Bardeens teori. Det enda med at student Josephson vann over Nobelpris vinnaren. Josephson skulle sjølv komme til å få Nobelprisen for dette arbeidet. Josephsons oppdagingar førde til etablering av eit heilt nytt forskingsområde i superleiarfysikken, og med store tekniske landevinningar i kjølvatnet. I 1973 delte nettopp Giaever og Josephson Nobelprisen i fysikk med japanaren Leo Esaki som hadde arbeidd med tunnelering i halvleiar.

Frå 1970 skifta Ivar Giaever forskingsfelt til biofysikk, spesielt immunologi, der han har vore svært aktiv sidan, med ei lang rekkje vitskaplege publikasjonar. Han har nær 30 patentar innan biofysikk, og har etablert eige firma i samarbeid med C.R. Keese. Han har funne metodar til å avsløre immunreaksjonar ved enkle testar, og har utvikla fundamentalt nye metodar til å studere enkeltcellers bevegelse ved elektrisk registrering, metodar som viser seg veleigna i kreftdiagnose. Firmaet hans produserer og omset mellom anna utstyr for dette.

I 1988 hadde haldningane i GE-konsernet endra seg så mykje at der knapt var plass til Giaevers forsking lenger. Nobelpris-vinnaren måtte sjå seg om etter nytt arbeid, og valde å bli professor i biofysikk ved Rensselaer Polytechnic i Troy der hadde teke doktorgraden i fysikk i 1964. Men ein stilling ved amerikanske universitet er berre løna 9 månader i året. Han tok difor mot eit tilbod om å arbeide i Noreg ei tid kvart år. I 1989 vart han utnemnd til Vista-professor ved Universitetet i Oslo, ei stilling han har halde heilt til sitt 75. år. Ved Institutt for fysikk har han lagt ned eit stort arbeid i undervisning og vegleiing av unge forskarar, i samarbeid med Jens Feder og Torstein Jøssang.

Ivar Giaever har vore ein samfunnsengasjert universitetsprofessor i Oslo, og gitt lange rekkjer av faglege foredrag rundt i landet. I foredrag og avisintervju har han gitt spissformulerte uttrykk for kritiske haldningar til norsk forskingspolitikk og norske haldningar. Eit eksempel: "Norge er et hyggelig land, men dere deltar ikke virkelig i konkurransen. Dere bare snakker om det!" Giaever har motteke mange prisar utanom Nobelprisen. Den mest prestisjetunge av desse er faststoff-prisen, Oliver Buckley-prisen, tildelt han av American Physical Society i 1965. Han er æresdoktor både ved NTNU og Universietet i Oslo.

Ivar Giaever er ein aktiv sportsmann, og har delteke i New York City Marathon tre gonger. At han og er ein ivrig slalåmkøyrar, brettseglar og tennisspelar, høyrer med til biletet av denne uvanlege vitskapsmannen. Kanskje var det likevel ikkje så verst å kome frå Noreg, med sterke konkurranse-tradisjonar i idrettslivet, i det minste?

Dette portrettet er hentet fra boka "Naturens kode", Gyldendal Norsk Forlag 2005. Redaktørar Gaute T. Einevoll og Eirik Newth.

Referanse:
Kristian Fossheim, "Ivar Giaever (1973)", kap. 9 i Olav Njølstad (red.), NORSKE NOBELPRISVINNERE fra Bjørnson til Kydland (Oslo 2005: Universitetsforlaget).

Rettigheter:
Portrett av Ivar Giaever. Rettighet: Kristian Fossheim
Bilde av Giaever med glasklokke. Rettighet: Ivar Giaever

Om forfattaren:
"Kristian Fossheim er professor i teknisk fysikk ved Norges Teknisk-Naturvitenskaplige Universitet, Trondheim. Han har drevet eksperimentell forskning i Norge, USA og Sveits på en lang rekke områder innenfor fast-stoff fysikk, i de senere årene spesielt på superledere. Sammen med en kollega utgav han nylig boken: Kristian Fossheim and Asle Sudbø: Superconductivity. Physics and Applications på forlaget Wiley & Sons UK, 2004.