A fizika elképesztő világában a lehetetlen, bár nem azonnal, de mégis lehetséges. És a közelmúltban a tudósoknak sikerült igazán szuper lehetetlen dolgokat elérni. A tudomány halad előre. Csak egy tészta szörny tudja, mi vár még minket a legtitkosabb bélben. Ma egy tucat irreális dolgot, állapotot és tárgyat elemezzünk, amelyek a modern fizika révén lehetővé váltak.
Hihetetlenül alacsony hőmérsékletek
A múltban a tudósok nem voltak képesek lehűteni az objektumokat az úgynevezett "kvantumhatár" küszöb alatt. Ahhoz, hogy valamit ilyen állapotba lehűtsön, lézert kell használni nagyon lassan mozgó atomokkal, és elnyomni az általuk generált hőtermelő rezgéseket.
A fizikusok azonban megtalálják a megfelelő megoldást. Kialakítottak egy ultra apró alumínium vibráló dobot, és 360 μK-ra képesek lehűteni, ami 10 000-szerese a hőmérsékletnek az űr mélységében.
A dob átmérője csak 20 mikrométer (az emberi haj átmérője 40-50 mikrométer). Lehetséges lehűtni olyan ultra-alacsony hőmérsékletre az ún. „Megszorított fény” új technológiájának köszönhetően, amelyben az összes részecske azonos irányban van. Ez kiküszöböli a hőtermelő rezgéseket a lézerben. Annak ellenére, hogy a dobot a lehető legalacsonyabb hőmérsékletre hűtötték, ez nem a leghidegebb anyagtípus. Ez a cím a Bose - Einstein kondenzátumhoz tartozik. Ennek ellenére az eredmény fontos szerepet játszik. Egy nap óta hasonló módszer és technológia alkalmazható ultragyors elektronika létrehozására, és segít megérteni az anyagok furcsa viselkedését a kvantumvilágban, tulajdonságaik közeledve a fizikai korlátokhoz.
Promóciós videó:
A legfényesebb fény
A napfény vakítóan fényes. Képzelje el most egy milliárd napfényt. Ő volt az, akit a közelmúltban a fizikusok hoztak létre a laboratóriumban, valójában az, hogy létrehozta a Föld legfényesebb mesterséges fényét, amely egyébként nagyon kiszámíthatatlan módon viselkedik. Megváltoztatja a tárgyak megjelenését. Ez azonban az emberi látáshoz nem érhető el, így a fizikusok szavaira kell hagyni.
Molekuláris fekete lyuk
A fizikusok egy csoportja nemrégiben létrehozott valamit, amely úgy viselkedik, mint egy fekete lyuk. Ehhez a világ legerősebb röntgen lézer Linac Coherent fényforrását (LCLS) vették fel, és jód-metán és jód-benzol molekuláinak összeütközésére használtak. A lézerimpulzus kezdetben várták, hogy az elektronok nagy részét kiüti a jódatomok körpályájáról, vákuumot hagyva a helyükön. A gyengébb lézerrel végzett kísérletek során ezt az üreget rendszerint azonnal megtöltötték az atomok pályájának legkülső határaitól származó elektronokkal. Amikor az LCLS lézer megütötte, a várt folyamat valóban megkezdődött, de aztán igazán elképesztő jelenség következett. Miután ilyen szintű izgalmat kapott, a jódatom szó szerint elektronokat emészt fel a közeli hidrogén- és szénatomoktól. Kívülről úgy tűnt, hogy egy apró fekete lyuk van a molekula belsejében.
Az ezt követő lézerimpulzusok kiütötte a vonzott elektronokat, de az üregek egyre inkább behúzódtak. A ciklust megismételtük, amíg az egész molekula felrobbant. Érdekes módon a jód-molekula atomja volt az egyetlen, amely ilyen viselkedést mutatott. Mivel átlagosan nagyobb, mint mások, képes hatalmas mennyiségű röntgen energiát elnyelni és elveszíti eredeti elektronjait. Ez a veszteség az atomnak elég erős pozitív töltéssel rendelkezik, amellyel más, kisebb atomok elektronjait vonzza.
Fémes hidrogén
Ezt nevezték a "Nagynyomású fizika Szent Gráljának", de a közelmúltig senkinek sem sikerült megszereznie azt. A hidrogén fémmé történő átalakításának lehetőségéről először 1935-ben beszámoltak. A korabeli fizikusok azt sugallták, hogy egy ilyen átalakulást nagyon erős nyomás okozhat. A probléma az volt, hogy az akkori technológiák nem tudtak ilyen nyomást kelteni.
2017-ben az amerikai fizikusok úgy döntöttek, hogy visszatérnek a régi ötlethez, de más megközelítést alkalmaztak. A kísérletet egy speciális eszközben, gyémánt vise néven végezték el. Ennek a vázanak a nyomását két szintetikus gyémánt hozza létre, amelyek a sajtó mindkét oldalán helyezkednek el. Ennek a készüléknek köszönhetően hihetetlen nyomást értek el: több mint 71,7 millió psi. A nyomás még a föld közepén is alacsonyabb.
Számítógépes chip az agysejtekkel
Az életet belélegezve az elektronikába, a fény egy nap helyettesítheti az elektromosságot. A fizikusok évtizedekkel ezelőtt felismerték a fény csodálatos potenciálját, amikor világossá vált, hogy a fényhullámok egymással párhuzamosan mozoghatnak, és így sok egyidejű feladatot végezhetnek. Elektronikánk tranzisztorokra támaszkodik, amelyek megnyitják és bezárják a villamos energia útvonalait. Ez a rendszer számos korlátozást ír elő. A közelmúltban azonban a tudósok elképesztő találmányt hoztak létre - egy számítógépes chipet, amely utánozza az emberi agy munkáját. Az olyan interakciós fénynyalábok használatának köszönhetően, amelyek az élő agyban neuronokként működnek, ez a chip nagyon gyorsan képes "gondolkodni".
Korábban a tudósok egyszerű mesterséges idegi hálókat is létrehozhattak, de az ilyen berendezések több laboratóriumi táblázatot igényeltek. Lehetetlennek tartották, hogy valami ugyanolyan hatékonyságú, de jóval kisebb méretben készüljön. És mégis sikerült. A szilícium alapú forgács csak néhány milliméter méretű. És 16 integrált neuron segítségével végez számítási műveleteket. Így történik. A chipbe lézerfényt továbbítanak, amely többnyire fel van osztva, amelyek mindegyike tartalmaz egy jelszámot vagy információt, amely a fényerő szintjén változik. A lézerek kimeneti intenzitása választ ad egy numerikus problémára vagy bármilyen információra, amelyre megoldást igényeltek.
Az anyag lehetetlen formája
Van egyfajta anyag, amelyet "szuperfolyékony szilárd anyagnak" hívnak. Valójában ez a kérdés nem olyan szörnyű, mint amilyennek a névből tűnhet. A helyzet az, hogy az anyag nagyon bizarr formája a szilárd anyagokra jellemző kristályszerkezettel rendelkezik, ugyanakkor folyadék. Ez a paradoxon sokáig nem valósult meg. 2016-ban azonban két független tudóscsoport (amerikai és svájci) létrehozott anyagot, amely jogosan tulajdonítható egy szuperfolyékony szilárd anyag tulajdonságainak. Érdekes módon mindkét csapat különböző megközelítéseket alkalmazott a létrehozásában.
A svájciok a Bose-Einstein kondenzátumot (a leghidegebb anyag ismert) úgy alakították ki, hogy a rubídium-gázt rendkívül alacsony hőmérsékletre hűtötték. Ezután a kondenzátumot egy kétkamrás berendezésbe helyeztük, amelynek mindegyik kamrájába kis méretű tükröket helyeztünk el. A kamerabe lézersugarat irányítottak, amelyek kiváltották az átalakulást. A gázrészecskék a lézerhatásra reagálva felépítették a szilárd anyag kristályszerkezetét, de az anyag általában megtartotta folyadék tulajdonságait.
Az amerikaiak hasonló hibrid anyagot kaptunk a nátrium-kondenzátum alapján, amelyet szintén erősen lehűttek és lézerrel érintkeztek. Az utóbbikat az atomok sűrűségének megváltoztatásához használták, mielőtt folyékony kristályszerkezet alakult volna ki.
Negatív tömegfolyadék
2017-ben a fizikusok egy igazán hűvös dolgot készítettek: az anyag egy új formáját, amely az erőt mozgatja, amely azt visszadobja. Noha nem igazán bumeráng, ennek a kérdésnek az a neve, amit negatív tömegnek nevezhet. Pozitív tömeg esetén minden egyértelmű: gyorsulást ad valamelyik objektumnak, és az abban a irányban kezd mozogni, amelyben ezt a gyorsulást továbbították. A tudósok azonban olyan folyadékot hoztak létre, amely a fizikai világon mindennél másképp működik. Toláskor felgyorsul a kifejtett gyorsulás forrásáig.
És ebben az ügyben ismét a Bose - Einstein kondenzátum ment megmentésre, amelynek szerepében a rubidium atomok ultrahőmérsékletre hűttek. Így a tudósok egy normál tömegű szuperfolyadékot kaptunk. Ezután erősen összenyomták az atomokat lézerrel. Ezután a második lézerkészlettel erőteljesen gerjesztették az atomokat, oly mértékben, hogy megváltoztassák a spinget. Amikor az atomokat megszabadították a lézeres tapadástól, egy közönséges folyadék reakciója a készítmény mozgásának ösztönzése a rögzítés központjától, amely valójában nyomásként értelmezhető. Azonban a rubídium szuperfolyadék, amelynek atomjai megfelelő gyorsulást kaptak, a helyén maradt, amikor felszabadult a lézerfogóból, ezáltal negatív tömeget mutatva.
Időkristályok
Amikor Frank Wilczek, a Nobel-díjas jelölt először javasolta az időkristályok elképzelését, őrültnek tűnt. Különösen abban a részben, amelyben elmagyarázták, hogy ezek a kristályok mozgásban lehetnek, miközben nyugalmi állapotban maradnak, vagyis demonstrálják az anyag legalacsonyabb szintjét. Lehetetlennek tűnt, mivel a mozgáshoz energiára van szükség, és az elmélet viszont azt mondta, hogy ilyen kristályokban gyakorlatilag nincs energia. Wilczek úgy gondolta, hogy az örökmozgás úgy érhető el, ha a kristályatom alapállapotát stacionerről periodikusra változtatják. Ez ellentétes volt az általunk ismert fizikai törvényekkel, de 2017-ben, öt évvel azután, hogy Wilczek azt javasolta, a fizikusok találtak módot erre. Ennek eredményeként létrejött egy időkristály a Harvard Egyetemen, ahol a nitrogénszennyeződések "forogtak" a gyémántokban.
Bragg tükrök
A Bragg tükör nem tükrözi jól és 1000–2000 atomot tartalmaz. De képes visszaverni a fényt, ami hasznosá teszi mindenhol, ahol apró tükrökre van szükség, például a fejlett elektronikában. Az ilyen tükör alakja szintén szokatlan. Atomjai egy vákuumban szuszpendálódnak és hasonlítanak a gyöngyláncra. 2011-ben egy német tudóscsoport készített egy Bragg-tükört, amely akkoriban volt a legmagasabb (kb. 80 százalék) visszaverődés. Ehhez a tudósok 10 millió atomot kombináltak egy rácsszerkezetben.
Később azonban a dán és franciaországi kutatócsoportok megtalálták a módját, hogy jelentősen csökkentsék a szükséges atomok számát, miközben fenntartják a magas reflektív hatékonyságot. Ahelyett, hogy egymáshoz szorosan kötöződtek volna, az atomokat mikroszkopikus optikai szál mentén helyeztük el. A helyes elhelyezésnél a szükséges feltételek felmerülnek - a fényhullám közvetlenül visszatükröződik a kiindulási pont felé. A fény átadásakor egyes fotonok kitörnek a rostból és ütköznek az atomokkal. A dán és a francia csapatok által demonstrált reflexiós hatékonyság nagyon különbözik, 10 és 75% körül. Ugyanakkor mindkét esetben a fény visszatér (vagyis visszatükröződik) a kiindulási pontjába.
A technológiák fejlesztésében ígéretes előnyök mellett az ilyen tükrök hasznosak lehetnek kvantumberendezésekben is, mivel az atomok ezen kívül a fénymezőt is kölcsönhatásba lépnek.
2D mágnes
A fizikusok az 1970-es évek óta megpróbáltak kétdimenziós mágnest létrehozni, de mindig kudarcot valltak. Az igazi 2D mágnesnek meg kell őriznie mágneses tulajdonságait akkor is, ha elválasztják olyan állapotba, amikor kétdimenziósvá válik, vagy csak egy atom vastag. A tudósok még el is kételkedtek abban, hogy egy ilyen dolog egyáltalán lehetséges.
A króm-triiodidot használó fizikusok azonban 2017 júniusában végül képesek voltak egy kétdimenziós mágnes létrehozására. A kapcsolat egyszerre több oldalról nagyon érdekesnek bizonyult. Réteges kristályszerkezete kiválóan kúpos, emellett elektronjainak a kívánt spin iránya van. Ezek a fontos tulajdonságok lehetővé teszik a króm-trijodid számára, hogy megtartsa mágneses tulajdonságait, még akkor is, ha kristályszerkezetét az utolsó atomréteg vastagságára csökkentik.
A világ első 2D-s mágnese viszonylag magas hőmérsékleten, -228 Celsius fokon állítható elő. Mágneses tulajdonságai nem működnek szobahőmérsékleten, mivel az oxigén elpusztítja. A kísérletek azonban folytatódnak.
NIKOLAY KHIZHNYAK
