Brian Pippard foi o primeiro experimentador a mapear uma superfície de Fermi, por suas teorias não locais de resposta eletromagnética em metais normais e supercondutores, e como o dinâmico chefe do Departamento de Física em Cambridge de 1971 a 1982. Mas esses foram apenas os destaques: sua gama de realizações foi notável.

Ele cresceu em Bristol e, no Clifton College, chegou a considerar uma carreira na música: seu talento para o piano era de nível de concerto. No entanto, em 1938, ingressou no Clare College para estudar Ciências Naturais e, duvidando de sua capacidade matemática, optou inicialmente por estudar química, antes de mudar para física para se tornar mais útil no esforço de guerra.

Ele trabalhou em Great Malvern em um dispositivo de radar para rastrear projéteis de morteiro, retornando a Cambridge para seu doutorado em 1945, no Laboratório Mond da Royal Society, financiado por uma bolsa de estudos Stokes no Pembroke College (que ele ganhou em parte porque estava disposto a organizar a música na capela).

Brian já estava familiarizado, por seu trabalho durante a guerra, com o efeito pelicular, a restrição de campos de micro-ondas aplicados a um metal a uma fina camada superficial, e seu supervisor, David Shoenberg (1911 — 2004), o encorajou a dar continuidade a um trabalho de Heinz London (1907 – 1970) de 1940, estudando-o em supercondutores — materiais que perdem toda a resistência elétrica abaixo de uma temperatura de transição bem definida, próxima do zero absoluto.

Naquela época, a supercondutividade ainda era um mistério, embora em 1935 Heinz e seu irmão Fritz já tivessem sugerido que um supercondutor poderia ser um fluido quântico, um sistema de muitos elétrons governado por uma função de onda efetiva dependente de uma única variável de posição.

Se essa função fosse suficientemente rígida (não perturbada por um campo magnético aplicado), seria de se esperar que o supercondutor apresentasse uma relação local entre a densidade de corrente e o potencial vetor magnético, análoga à lei de Ohm em metais normais, com uma profundidade de penetração limitada para o campo magnético, análoga à profundidade de penetração de micro-ondas.

Ao medir as larguras de banda de ressonadores de micro-ondas feitos de estanho e mercúrio, Brian observou com sucesso uma redução drástica na absorção de micro-ondas quando os resfriou através de suas transições.

Seu projeto experimental era um modelo de simplicidade eficaz. Por exemplo, a frequência de sua fonte de klystron tinha que ser estável em uma parte por milhão, o que ele conseguiu usando apenas proteção contra correntes de ar, um sintonizador micrométrico com peso e polia para eliminar a folga e uma pilha de baterias de alta tensão cuidadosamente envelhecidas como fonte de alimentação.

Além de confirmar e expandir os modelos atuais de resposta a micro-ondas em supercondutores, seu trabalho de doutorado lançou as bases para dois outros desenvolvimentos. Ele percebeu que, ao combinar suas medições de largura de banda com medições adicionais do deslocamento da frequência de ressonância entre os estados normal e supercondutor, poderia obter informações completas sobre a impedância de superfície e, portanto, um valor inequívoco para a condutividade complexa de suas amostras. Isso forneceu informações completas sobre a densidade de superelétrons (na linguagem de dois fluidos da época) e também mostrou que, em frequências de micro-ondas, os processos com perdas continuavam entre os elétrons normais, mesmo no estado supercondutor.

Em segundo lugar, após a observação de Heinz London em 1940 de que, em metais normais, a resistência superficial não continuava a diminuir com a queda da temperatura como a resistência CC, mas atingia um limite, Brian percebeu que esse efeito pelicular anômalo ocorria quando o livre percurso dos elétrons se tornava maior que a profundidade de penetração, e conseguiu explicá-lo, em essência, com base no princípio simples de que, nessas condições, apenas os elétrons que se moviam paralelamente à superfície da amostra permaneciam efetivos. Ele se uniu a Ernst Sondheimer, um amigo teórico, para formular o problema com precisão, e a teoria completa do efeito pelicular anômalo foi publicada por Reuter e Sondheimer em 1948. O conceito simples de ineficácia de Brian foi posteriormente aplicado a muitos outros fenômenos, como a ressonância ciclotrônica e a atenuação ultrassônica em metais.

Em 1947, foi nomeado Demonstrador Universitário e retornou a Clare como membro efetivo.

Após o doutorado, ele se interessou pela geometria e dinâmica das fronteiras entre materiais normais e supercondutores, e introduziu a importante ideia de que a estabilidade dessas fronteiras era determinada pela profundidade de penetração magnética ser maior ou menor que um comprimento de coerência característico, o qual, assim como a profundidade de penetração, divergia na temperatura de transição. Posteriormente, descobriu-se que esse comprimento era idêntico ao comprimento de coerência da teoria de Ginzburg-Landau, e provou ser crucial para a compreensão dos supercondutores do tipo II, que podem conter linhas de fluxo quantizadas. (Materiais do tipo II são usados ​​na construção de ímãs supercondutores práticos, pois podem transportar correntes elevadas em campos magnéticos muito intensos, quando as linhas de fluxo são adequadamente fixadas.)

Ao mesmo tempo, Brian começou a investigar a impedância superficial do estanho ligado ao índio para reduzir o livre percurso dos elétrons. Ele observou que a liga não só aumentava a profundidade de penetração no estado normal, como esperado, mas também, e de maneira muito semelhante, aumentava a profundidade de penetração supercondutora. No entanto, tinha pouco efeito na temperatura de transição ou na energia de condensação, sugerindo que a densidade de superelétrons não havia sido muito alterada. Brian chegou à surpreendente conclusão de que devia estar observando um efeito não local: assim como nos metais normais a corrente em um ponto dependia do campo elétrico nos pontos vizinhos pelos quais os elétrons haviam passado desde a última vez que foram espalhados, talvez em um supercondutor a relação de London devesse ser substituída por uma relação não local na qual a supercorrente dependesse de valores distantes do potencial vetor, com o alcance limitado por um comprimento de coerência eletromagnética. No limite impuro, ele assumiu que deveria ser essencialmente o livre percurso, mas em materiais puros, ele decidiu que não poderia ser ilimitado, mas sim limitado por um novo comprimento, que, ao contrário do comprimento de coerência de Ginzburg-Landau, era aproximadamente independente da temperatura. Em 1953, ele propôs um modelo preciso desse efeito não local.

Qual era o novo comprimento? Brian raciocinou que a função de onda supercondutora não poderia ser completamente rígida, como os irmãos London haviam assumido. O campo magnético certamente perturbaria a função de onda até certo ponto, e essa perturbação se propagaria pelo sistema, carregando a supercorrente consigo. Mas a condensação supercondutora ocorria apenas abaixo da temperatura de transição, sugerindo que deveria ser um processo fraco, envolvendo apenas os elétrons a uma distância de 100 nm da superfície de Fermi. Esperava-se que tal grupo de elétrons ficasse fora de fase um com o outro a distâncias maiores que 100 nm, e Brian sugeriu que esse comprimento provavelmente era dessa ordem de grandeza, tipicamente 1,5 m.

No início de 1957, Brian fez uma breve visita a Moscou, onde Landau rejeitou ruidosamente suas ideias de não-localidade (provavelmente porque nenhum efeito desse tipo era aparente na teoria de Ginzburg-Landau, que então se mostrava bem-sucedida), e não se convenceu pelos argumentos de Brian de que os resultados experimentais a exigiam. No entanto, o modelo de Brian se ajustava muito bem aos dados experimentais e, mais tarde naquele ano, quando Bardeen, Cooper e Schrieffer publicaram sua revolucionária teoria de emparelhamento da supercondutividade, eles se esforçaram para demonstrar que ela confirmava o modelo de Brian quase exatamente — e, depois que os teóricos de Moscou dedicaram tempo para estudar a BCS, enviaram generosamente a Brian uma mensagem privada admitindo que ele estava certo.

Em 1952, Onsager apresentou uma interpretação do efeito de Haas-van Alphen (oscilações no momento magnético de um metal em função do campo magnético) em termos da superfície de Fermi, um limite teórico no espaço de momentos dentro do qual se acreditava que residiam os elétrons de condução de um metal, e em 1954 Brian mostrou pela primeira vez que, no limite anômalo extremo, a impedância superficial de um
metal normal fornecia uma medida da curvatura dessa superfície, perto dos elétrons efetivos.

Em 1955, casou-se com Charlotte e a levou imediatamente para um ano sabático em Chicago. Lá, ministrou um curso de graduação, que mais tarde compilou como Elementos de Termodinâmica Clássica. Mas também estava desenvolvendo suas ideias sobre a superfície de Fermi e, durante esse período sabático, aproveitou a oportunidade para medir as resistências superficiais de uma série de amostras monocristalinas de cobre puro em várias orientações.

Ao retornar a Cambridge, ele usou as curvaturas deduzidas dessas observações para mapear a superfície de Fermi do cobre, um feito amplamente reconhecido. Essa foi a primeira vez que uma superfície de Fermi foi obtida experimentalmente. Brian foi eleito membro da Royal Society em 1956, recebeu a Medalha Hughes em 1959 e foi eleito para a Cátedra John Humphrey Plummer de Física em 1960.

Em 1959, tantos novos fenômenos envolvendo elétrons normais orbitando superfícies de Fermi em grandes campos magnéticos estavam sendo investigados que Brian decidiu projetar uma instalação capaz de fornecer campos estáveis ​​de 100 kgauss em um diâmetro de 2 polegadas. (Até então, o laboratório de Mond só conseguia investigar tais fenômenos usando campos pulsados.) Isso foi alcançado, a um custo de £43.000, e o novo Laboratório de Magnetismo, instalado em um canto do antigo Laboratório de Cíclotron, foi inaugurado em 1961. Seu projeto era funcional e robusto, utilizando até 2 MW de potência (mais barata à noite), um grande transformador e um conjunto de retificadores de silício fornecendo 27 kA a 75 V. Os enrolamentos do ímã eram bobinas planas de tiras de cobre de 75 mm × 1,5 mm, através das quais a água de resfriamento era bombeada por potentes bombas, proveniente de um grande reservatório no subsolo. Durante o período no Laboratório de Magnetismo, Brian escreveu extensivamente sobre fenômenos da superfície de Fermi e, por exemplo, em 1962 publicou uma importante nota mostrando que, no efeito de Haas-van Alphen, o campo que atua sobre os elétrons é a indução magnética, e não o campo aplicado, o que explicava por que o momento magnético era, em algumas circunstâncias, multivalorado. Seu artigo de 1962, “Dinâmica dos Elétrons de Condução”, o consagrou como um especialista onicompetente em assuntos da superfície de Fermi, especialmente magnetoresistência, hélions e ruptura magnética, na qual os elétrons tunelam através do espaço de momento de uma parte da superfície para outra. (Embora muito tenha sido alcançado no Laboratório de Magnetismo, sua vida foi curta: ímãs supercondutores comerciais confiáveis ​​tornaram-se disponíveis e nenhuma tentativa foi feita para reproduzir as instalações em West Cambridge quando o Instituto Cavendish se mudou.)

Em 1961, o aluno de Brian, BD Josephson, trabalhava em um projeto experimental pouco conhecido (a dependência da profundidade de penetração em relação ao campo magnético) quando, em seu tempo livre, desenvolveu uma nova teoria de tunelamento quântico entre supercondutores. Ele a apresentou como tese de doutorado no Trinity College Dublin, e posteriormente ganhou o Prêmio Nobel. Brian sempre afirmou que, na época, não conseguia entender a ideia de Josephson, mas o incentivou a consultar Phil Anderson, que compreendeu sua importância e a defendeu contra as críticas contundentes de Bardeen e outros. Mais tarde, no entanto, Brian se dedicou com entusiasmo à física das junções Josephson SNS, especialmente às soluções não lineares de suas equações governantes e às novas noções relativas ao efeito de proximidade, o vazamento da supercondutividade para metais normais vizinhos. Ele também deu importantes contribuições sobre os fenômenos relacionados que surgem quando a supercorrente é convertida em corrente normal em uma interface SN, especialmente o desequilíbrio de ramos (quando os ramos de elétrons e buracos do espectro de excitação saem do equilíbrio) e a resistência de fronteira de Pippard (na qual os elétrons sentem o efeito dos centros de dispersão por tunelamento quântico).

Em 1961, Brian foi convidado a proferir um discurso em um banquete durante uma conferência internacional da IBM sobre supercondutividade. Ele adotou o título “O Gato e o Creme” e surpreendeu a plateia ao afirmar que a física, com exceção da física de partículas fundamental, já estava praticamente desvendada (o que não o tornou popular entre aqueles que buscavam financiamento para pesquisa na época). Talvez fosse uma brincadeira, ou talvez ele se sentisse assim em um sentido pessoal, pois sua extraordinária produtividade diminuiu um pouco depois disso. Mas isso não deve ser exagerado. Ele sempre se interessou pelo assunto, suas opiniões eram muito requisitadas e ele continuou a contribuir com ideias importantes. Um bom exemplo é seu artigo de 1969 sobre o mecanismo do efeito de pico (um fortalecimento, próximo a um campo magnético específico, da densidade de corrente crítica em supercondutores do tipo II), no qual ele apontou que uma rede de linhas de fluxo quantizadas seria mais eficazmente fixada se não fosse muito rígida.

Em 1966, Brian tornou-se o primeiro presidente do recém-fundado Clare Hall e, assim que o prédio ficou pronto, mudou-se para a residência presidencial com Charlotte, suas três filhas e seu piano de cauda.

Ele conseguiu fazer do Colégio um lar informal e acolhedor para graduados, visitantes ilustres e suas famílias — e também um lar liberal: defendeu ativamente “Rudi Vermelho” contra as tentativas dos conservadores de deportá-lo. (Rudi Dutschke foi um estudante ativista alemão de esquerda que foi baleado durante um protesto de rua em Berlim e compareceu ao Clare Hall enquanto se recuperava.)

No final da década de 1950, Neville Mott convenceu-se da necessidade de transferir o Cavendish para novos edifícios em West Cambridge, e Brian rapidamente se tornou o porta-voz para promover esse empreendimento dentro da Universidade e arrecadar o dinheiro necessário, além de atuar (com Ian Nicol) para garantir que a arquitetura fosse prática e que os serviços adequados fossem fornecidos, e (com John Payne) no planejamento da complexa operação de mudança quando a grande transferência finalmente aconteceu.

Brian foi eleito Professor Cavendish em 1971, o que, na época, o tornou automaticamente Chefe do Departamento. Como Chefe, ele desencorajou negociações entre grupos de pesquisa sobre nomeações e buscou estabelecer padrões para todo o laboratório, incentivando pesquisas inovadoras e tentando persistentemente, embora nem sempre com sucesso, encerrar áreas consideradas mais burocráticas.

Ele fortaleceu o Comitê de Ensino, foi proativo na reforma do ensino de graduação em Cambridge e em outros lugares, e exigiu alta capacidade de docência em promoções e novas nomeações. Embora seletivo quanto aos projetos que assumia em nível nacional, foi presidente do Instituto de Física de 1974 a 1976.

Ele foi condecorado com o título de cavaleiro em 1974 e aposentou-se precocemente em 1982.

Na aposentadoria, ele manteve até o fim da vida um interesse ativo em áreas da física que o fascinavam, ficando particularmente intrigado por fenômenos não lineares de todos os tipos na física clássica. Em 1989, publicou um livro sobre Magnetorresistência, no qual esclareceu todos nós sobre esse fenômeno tão complexo da superfície de Fermi.

Como experimentador, Brian era excepcional: sempre prático, ele enfrentava tarefas extraordinariamente difíceis às vezes, e elas sempre funcionavam conforme o planejado, tanto para ele quanto para seus muitos alunos de pesquisa.

Se tentarmos avaliar Brian como pensador, é preciso dizer que ele detestava o formalismo matemático, que, em sua opinião, muitas vezes obscurecia a essência das coisas (embora, na verdade, fosse bastante proficiente em resolver equações complexas, uma vez que o problema tivesse sido formulado). Ele tinha, por exemplo, um horror irracional ao conjunto grande canônico e aos quadrivetores na relatividade restrita. Sempre preferiu pensar em problemas quânticos em termos de pacotes de ondas semiclássicas, nunca em autofunções e autovalores; e recusou-se a aprender a segunda quantização (em termos da qual a teoria BCS e a teoria de Josephson foram formuladas), assim como se recusou a aprender a dirigir. Sua força residia em seu instinto infalível para a ideia correta, muitas vezes sutil e esclarecedora. Seus conceitos semiclássicos de ineficácia e comprimento de coerência, por exemplo, embora imprecisos, eram essencialmente corretos e foram imediatamente compreendidos por toda uma geração de físicos e aplicados
a uma ampla gama de novas descobertas. Uma segunda característica do seu pensamento era o apreço por teorias fenomenológicas, teorias que não exigiam uma compreensão microscópica fundamental, mas que se baseavam em alguma percepção essencial sobre a natureza dos fenômenos — teorias como a própria termodinâmica clássica, ou a ideia de fluido quântico, ou a teoria de Ginzburg-Landau, ou sua própria teoria não local de supercondutores, ou mesmo a análise dimensional, que ele utilizou amplamente. Curiosamente, dos físicos que conheceu e com quem trabalhou, ele admirava particularmente Onsager e Landau — dois teóricos que combinavam o domínio da ideia iluminadora (que ele amava) com o domínio do formalismo complexo (que ele provavelmente considerava estar além de suas capacidades).

Ele possuía um forte senso de estilo na língua inglesa falada e escrita, e um senso de humor igualmente apurado. Como orientador e professor, era sempre estimulante, e seus perspicazes Elementos de Termodinâmica Clássica e os desafiadores Problemas de Cavendish em Física Clássica entusiasmaram e atormentaram gerações de alunos. Lecionou uma ampla gama de disciplinas, notadamente Física Térmica, o curso de Mecânica Ondulatória na nova disciplina avançada de meio período em 1958 (ministrado de memória, sem anotações) e, posteriormente, diversas versões do curso introdutório da Parte IA, que resultou em seu livro Forças e Partículas. Contudo, também é preciso dizer que sua abordagem por vezes se mostrava peculiar e pessoal demais para os alunos com mais dificuldades, que primeiro precisavam compreender os conceitos básicos.

Como já devem ter percebido, Brian podia ser peculiar. Era capaz de grande bondade, mas também tinha um enorme prazer juvenil em simplesmente ser inteligente, algo que todos que o conheceram se lembram vividamente: sua aula inaugural como Professor Cavendish, por exemplo, foi planejada em torno de uma série intrigante de experimentos de bancada, cujos resultados os pesquisadores presentes, jovens e idosos, foram convidados a prever, levantando as mãos. E, como ele pretendia, erramos a maioria das nossas previsões.