I fysikkens fantastiske verden blir det umulige, men ikke umiddelbart, men likevel mulig. Og i det siste har forskere klart å oppnå virkelig super umulige ting. Vitenskapen utvikler seg. Bare ett pastamonster vet hva annet som venter oss i sine mest hemmelige tarmer. I dag skal vi analysere et dusin uvirkelige ting, tilstander og objekter som har blitt mulig takket være moderne fysikk.
Utrolig lave temperaturer
I det siste har forskere ikke vært i stand til å avkjøle objekter under den såkalte "kvantegrensen". For å avkjøle noe til en slik tilstand, er det nødvendig å bruke en laser med veldig langsomt bevegelige atomer og undertrykke de varmegenererende vibrasjonene de genererer.
Imidlertid har fysikere funnet den rette løsningen. De skapte en ultra-bittesmå vibrerende trommel i aluminium og klarte å kjøle den ned til 360 μK, som er 10.000 ganger temperaturen i verdensrommet.
Trommelens diameter er bare 20 mikrometer (diameteren til et menneskehår er 40-50 mikrometer). Det var mulig å kjøle det ned til så ekstremt lave temperaturer takket være en ny teknologi av det såkalte "presset lys", der alle partikler har samme retning. Dette eliminerer varmegenererende vibrasjoner i laseren. Selv om trommelen er blitt avkjølt til lavest mulig temperatur, er det ikke den kaldeste typen materie. Denne tittelen tilhører Bose - Einstein kondensat. Likevel spiller prestasjon en viktig rolle. Siden en dag kan en lignende metode og teknologi finne bruken av dem til å lage ultrahastig elektronikk, samt hjelpe til med å forstå den underlige oppførselen til materialer i kvanteverden, og nærmer seg deres egenskaper til fysiske grenser.
Salgsfremmende video:
Det lyseste lyset
Solens lys er blendende lyst. Forestill deg nå lyset fra en milliard soler. Det var han som nylig ble skapt av fysikere i laboratoriet, og faktisk har skapt det lyseste kunstige lyset på jorden, som dessuten oppfører seg på en veldig uforutsigbar måte. Det endrer utseendet til objekter. Imidlertid er dette ikke tilgjengelig for menneskets syn, så det gjenstår å ta fysikere til ordet.
Molekylært svart hull
En gruppe fysikere opprettet nylig noe som oppfører seg som et svart hull. For å gjøre dette tok de verdens kraftigste røntgenlaser Linac Coherent Light Source (LCLS) og brukte den til å kollidere molekyler av jodmetan og jodbenzen. Opprinnelig forventet laserpulsen å slå ut de fleste elektronene fra bane av jodatomer, og etterlot et vakuum på deres sted. I eksperimenter med svakere lasere ble dette tomrommet, som regel, umiddelbart fylt med elektroner fra de ytterste grensene for atombanen. Da LCLS-laseren traff startet faktisk den forventede prosessen, men da fulgte et virkelig fantastisk fenomen. Etter å ha fått et slikt spenningsnivå, begynte jodatom å bokstavelig talt sluke elektroner fra nærliggende hydrogen- og karbonatomer. Fra utsiden virket det som et bittelite svart hull inne i molekylet.
Påfølgende laserpulser slo ut de tiltrakkede elektronene, men tomrommet trakk inn mer og mer. Syklusen ble gjentatt til hele molekylet eksploderte. Interessant nok var atomet til jodmolekylet det eneste som viste slik oppførsel. Siden den i gjennomsnitt er større enn andre, er den i stand til å absorbere en enorm mengde røntgenenergi og miste sine originale elektroner. Dette tapet etterlater atomet med en tilstrekkelig sterk positiv ladning, som det tiltrekker seg elektroner fra andre, mindre atomer.
Metallisk hydrogen
Det har blitt kalt "Holy Graal of High Pressure Physics", men inntil nylig var det ingen som kunne lykkes med å oppnå den. Muligheten for å konvertere hydrogen til metall ble først kunngjort i 1935. Tidens fysikere antydet at en slik transformasjon kunne skje ved veldig sterkt press. Problemet var at datidens teknologier ikke kunne skape et slikt press.
I 2017 bestemte det amerikanske fysikerteamet seg for å gå tilbake til den gamle ideen, men tok en annen tilnærming. Eksperimentet ble utført inne i en spesiell enhet kalt en diamantvisse. Trykket som genereres av denne skrustikken produseres av to syntetiske diamanter lokalisert på begge sider av pressen. Takket være denne enheten ble det oppnådd et utrolig press: mer enn 71,7 millioner psi. Selv midt på jorden er trykket lavere.
Datamaskinbrikke med hjerneceller
Å puste liv i elektronikk, lys kan en dag erstatte strøm. Fysikere innså lysets fantastiske potensial for flere tiår siden, da det ble klart at lysbølger kunne bevege seg parallelt med hverandre og dermed utføre mange samtidige oppgaver. Elektronikken vår er avhengig av transistorer for å åpne og stenge banene for strøm til å reise. Denne ordningen pålegger mange begrensninger. Nylig har forskere imidlertid skapt en fantastisk oppfinnelse - en datamaskinbrikke som etterligner arbeidet med den menneskelige hjernen. Takket være bruken av samvirkende lysstråler som fungerer som nevroner i en levende hjerne, er denne brikken i stand til å "tenke" veldig raskt.
Tidligere kunne forskere også lage enkle kunstige nevrale nettverk, men slikt utstyr tok flere laboratorietabeller. Det ble ansett som umulig å lage noe med samme effektivitet, men i en mye mindre størrelse. Og likevel lyktes det. Den silisiumbaserte brikken er bare noen få millimeter i størrelse. Og han utfører beregningsoperasjoner ved hjelp av 16 integrerte nevroner. Det skjer slik. Det leveres et laserlys til brikken, som er delt inn i flere stråler, som hver inneholder et signalnummer eller informasjon som varierer i lysstyrkenivå. Utgangsintensiteten til laserne gir svaret på et numerisk problem eller all informasjon som en løsning var nødvendig for.
Umulig form for materie
Det er en type materie som kalles "overflødig fast stoff". Og faktisk er denne saken ikke så forferdelig som det kan virke ut fra navnet. Fakta er at denne veldig bisarre formen for materie har en krystallinsk struktur som er karakteristisk for faste stoffer, men samtidig er det en væske. Dette paradokset forble urealisert i lang tid. Imidlertid skapte to uavhengige grupper av forskere (amerikanske og sveitsiske) i 2016 materie, som med rette kan tilskrives egenskapene til et overflødig faststoff. Interessant nok brukte begge lag forskjellige tilnærminger i å lage den.
Sveitserne skapte Bose-Einstein kondensat (den kaldeste saken kjent) ved å avkjøle rubidiumgass til ekstremt lave temperaturer. Deretter ble kondensatet plassert i en to-kammerinstallasjon, i hvert kammer hvor små speil rettet mot hverandre var installert. Laserstråler ble dirigert inn i kameraene, noe som utløste transformasjonen. Gasspartiklene bygget som reaksjon på laservirkningen opp den krystallinske strukturen til det faste stoffet, men generelt beholdt saken sin fluidegenskap.
Amerikanerne oppnådde et lignende hybridmateriale basert på et kondensat av natriumatomer, som også ble kraftig avkjølt og utsatt for en laser. De sistnevnte ble brukt til å forskyve tettheten av atomer før utseendet til en krystallinsk struktur i flytende form.
Negativ massevæske
I 2017 skapte fysikere en virkelig kul ting: en ny form for materie som beveger seg mot kraften som frastøter den. Selv om det ikke egentlig er en boomerang, har denne saken det du kan kalle negativ masse. Med en positiv masse er alt klart: du gir akselerasjon til en eller annen gjenstand, og den begynner å bevege seg i den retningen som denne akselerasjonen ble overført. Imidlertid har forskere laget en væske som fungerer veldig annerledes enn noe annet i den fysiske verden. Når den skyves, akselererer den til kilden til akselerasjonen som utøves.
Og igjen kom Bose - Einstein-kondensatet til unnsetning i denne saken, i rollen som rollene til at rubidiumatomene ble avkjølt til ulemperale temperaturer. Dermed har forskere skaffet seg en overflødig væske med en normal masse. Da komprimerte de atomene sterkt med lasere. Så, med det andre settet med lasere, begeistret de atomene sterkt, så mye at de byttet spinn. Når atomene ble frigjort fra lasergrepet, ville reaksjonen fra en vanlig væske være trangen til å bevege seg fra fiksasjonssenteret, som faktisk kan tolkes som skyvende. Imidlertid ble den overflødige væsken med rubidium, hvis atomer ble gitt tilstrekkelig akselerasjon, på sin plass når den ble frigjort fra lasergrepet, og demonstrerte derved en negativ masse.
Tidskrystaller
Da Frank Wilczek, nobelprisvinneren, først foreslo ideen om tidskrystaller, hørtes det sprøtt ut. Spesielt i den delen der det ble forklart at disse krystallene kan ha bevegelse, mens de forblir i ro, det vil si å demonstrere det laveste energinivået i materien. Det virket umulig, siden energi kreves for bevegelse, og teorien sa på sin side at det praktisk talt ikke var energi i slike krystaller. Wilczek mente at evig bevegelse kan oppnås ved å endre grunntilstanden til krystallatomet fra stasjonær til periodisk. Dette gikk i strid med fysikklovene som er kjent for oss, men i 2017, 5 år etter at Wilczek foreslo dette, fant fysikere en måte å gjøre det på. Som et resultat ble det skapt en krystall av tid ved Harvard University, hvor nitrogenforurensninger "roterte" i diamanter.
Bragg speil
Bragg-speilet er ikke veldig reflekterende og består av 1000-2000 atomer. Men den er i stand til å reflektere lys, noe som gjør det nyttig uansett hvor bittesmå speil er nødvendig, for eksempel innen avansert elektronikk. Formen på et slikt speil er også uvanlig. Atomene er suspendert i vakuum og ligner en kjede av perler. I 2011 var en tysk gruppe forskere i stand til å lage et Bragg-speil, som på det tidspunktet hadde det høyeste refleksjonsnivået (omtrent 80 prosent). For å gjøre dette har forskere kombinert 10 millioner atomer i en gitterstruktur.
Senere fant imidlertid forskerteam fra Danmark og Frankrike en måte å redusere antallet atomer betydelig, samtidig som de har høy refleksjonseffektivitet. I stedet for tett bunting rundt hverandre, ble atomene plassert langs en mikroskopisk optisk fiber. Med riktig plassering oppstår de nødvendige forhold - lysbølgen reflekteres direkte tilbake til sitt opprinnelsessted. Når lys overføres, bryter noen av fotonene ut av fiberen og kolliderer med atomer. Den reflekterende effektiviteten som er vist av det danske og det franske teamet er veldig forskjellig og er henholdsvis rundt 10 og 75 prosent. I begge tilfeller går lyset imidlertid tilbake (det vil si reflekteres) til sitt utgangspunkt.
I tillegg til lovende fordeler ved utvikling av teknologier, kan slike speil være nyttige i kvanteinnretninger, siden atomer i tillegg bruker lysfeltet for å samhandle med hverandre.
2D magnet
Fysikere har prøvd å lage en todimensjonal magnet siden 1970-tallet, men har alltid mislyktes. En ekte 2D-magnet må beholde sine magnetiske egenskaper selv når den er separert til en tilstand der den blir todimensjonal, eller bare ett atom tykt. Forskere begynte til og med å tvile på at noe i det hele tatt var mulig.
I juni 2017 kunne fysikere som bruker kromtriiodid, endelig klare å lage en todimensjonal magnet. Forbindelsen viste seg å være veldig interessant fra flere sider samtidig. Den lagdelte krystallstrukturen er utmerket for avsmalning, og i tillegg har elektronene den ønskede spinnretningen. Disse viktige egenskapene gjør at kromtriiodid kan beholde sine magnetiske egenskaper, selv etter at krystallstrukturen er blitt redusert til tykkelsen til de siste atomlagene.
Verdens første 2D-magnet kan produseres ved en relativt høy temperatur på -228 grader celsius. Dens magnetiske egenskaper slutter å arbeide ved romtemperatur, da oksygen ødelegger det. Eksperimenter fortsetter imidlertid.
NIKOLAY KHIZHNYAK
