მეცნიერება

კვანტური გაგრილება - ლაზერებით?

კვანტური გაგრილება - ლაზერებით?

[სურათის წყარო: Ars Electronica]

ნიდერლანდელი ფიზიკოსის ჰეიკ კამერლინგ ონესის მიერ 1911 წელს სუპერგამტარობის აღმოჩენამ მეცნიერები ცდილობდა ნაწილაკების გაგრილებას აბსოლუტურ ნულამდე (0 კელვინი, ან 0 კ), ზეგამტარობის მდგომარეობამდე მისასვლელად. სუპერგამტარობა არის მდგომარეობა, რომელშიც ნაწილაკებს თითქმის არ აქვთ წინააღმდეგობა, კვანტური ეფექტი. სუპერგამტარმა შეიძლება შეუწყოს შეუზღუდავი ელექტროენერგიის მიწოდება ენერგიის დაკარგვის გარეშე სითბოს ან ხმის გამო - რევოლუციურად ახდენს ენერგიის გამოყენებას. ამას კიდევ უფრო დიდი ირონია მოჰყვა: დიამაგნატიზმი. დიამაგნატიზმი არის ფენომენი სუპერ გაცივებულ ნაწილაკებში, რომელიც ხელს უშლის ხელს ყველამაგნიტური ველები შეღწევისგან დაპირისპირებული მაგნიტური ველის შექმნისას, რომელიც უკრძალავს ნებისმიერ გამოყენებულ მაგნიტურ ძალას. დიამაგნატიზმი შესანიშნავია სუპერგამტარობისა და ლევიტაციისთვის, რადგან ის ყველა მაგნიტს მოგერიება, რაც ტრანსპორტირების დიდ მიღწევებს გვპირდება, რაც უკვე გამოიყენება. როგორ გაცივებთ ნაწილაკებს 0 კელვინთან ახლოს? და რა არის 0 k?

[სურათის წყარო: სტივ ჯერვეტსონი]

ნულოვანი კელვინი არის აბსოლუტური ნულოვანი, სადაც აბსოლუტურად არანაირი ენერგია არ არის ნივთიერებაში - აბსოლუტურად ყველაზე ცივი ტემპერატურა, რაც შეიძლება ჰქონდეს ნებისმიერს. 0 კელვინთან, ნაწილაკი იქნება მთლიანად უმოძრაო. მაგრამ როგორ გაცივდები? მიუხედავად იმისა, რომ სინათლე, როგორც ვიცით, ის წარმოქმნის იმ სითბოს, რასაც დედამიწაზე ვგრძნობთ, ეს სულაც არ ნიშნავს, რომ მთელი სინათლე მხოლოდ სითბოს შექმნის. ტემპერატურა არის საშუალო სიჩქარე, რაც ატომთა ჯგუფს აქვს, რაც მეტი მოძრაობს, მით მეტი სითბო აქვს მას. სინათლე იმპულსს ატარებს, რადგან იმპულსი მხოლოდ არის მასა ჯერ სიჩქარე. მაგრამ სინათლეს არა აქვს მასა? არა, არა, მაგრამ მას აქვს ენერგიის / მასის ეკვივალენტობა, უკეთ აღწერილია აინშტაინის ერთ-ერთი ყველაზე ცნობილი განტოლებით E = mc². ხელახლა განლაგებული მასა და განტოლება შეიძლება ჩაანაცვლოს იმპულსის კანონში, გამომდინარე იქიდან, რომ განტოლებაა სინათლის იმპულსი.

მას შემდეგ, რაც სინათლე იმპულსს ატარებს, მისი ენერგია ნაწილაკებად შეიძლება გადავიდეს, ჰგავს ჩოგბურთის ბურთს კალათბურთში. დააგდეთ ბურთი საკმარისად მაგრად და უნდა შეეძლოთ კალათბურთის გადაადგილება. საჰაერო მიმოსვლის მოლეკულები დაახლოებით 4000 კმ / სთ სიჩქარით, რაც მათ სწავლას ძალიან ართულებს, რადგან ისინი დიდხანს არ რჩებიან ერთ სფეროში. ლაზერები შეიძლება გამოყენებულ იქნას მაგნიტო ოპტიკური ხაფანგში ატომების დასაფიქსირებლად, ან MOT- რომელიც მუშაობს მსგავსი მოლისანის სქელ საფენზე ბუზის ჩამოსვლის ეფექტისა - ამრიგად, ეფექტის დუბლირება ხდება "ოპტიკური მოლისანი " . მაგრამ როგორ შეიძლება შენელდეს ატომები, თუ სინათლეს ყოველთვის სურს ბიძგი? მეცნიერებმა აღმოაჩინეს ბიძგების მეთოდი წინ მოძრავი ნაწილაკის ლაზერებით, რომელიცწართმევს სიჩქარე ჰქონდათ ნაწილაკებს, ამცირებდა მის მთლიან იმპულსს.

ფენომენები სტივენ ჩუმ აღმოაჩინა 1985 წელს და ცნობილია, როგორც ლაზერული გაგრილება. სტივენმა და მისმა კოლეგებმა მრავალი ლაზერი მოათავსეს გაზის კამერაში, რომელიც ცენტრში ქმნის "t" ფორმას. ნაწილაკების გარშემო მოძრაობისას, საბოლოოდ, იგი ხდებოდა ხაფანგში ლაზერების შუა ნაწილში, სადაც ის იბომბებოდა ფოტონებით, რომლებიც ზუსტად მოპირდაპირე მიმართულებით დარტყმულა, ნაწილაკის გადაადგილებას ცდილობდა. ამან შექმნა ისეთი ეფექტი, როგორიც ადამიანი ცდილობს ველოსიპედით ქარის საწინააღმდეგოდ. რაც უფრო ძლიერია ქარის ძალა საპირისპირო მიმართულებით, მით უფრო რთულია და, შესაბამისად, ნელა მოძრაობს ბაიკერი - საბოლოოდ გაჩერდება მას შემდეგ, რაც ქარი ძალიან გაძლიერდება (იმედი ვიქონიოთ, რომ ქარიშხალი არ იყო)

[სურათის წყარო: ასაფი]

ნაწილაკები გაცივდა 0 კ-მდე, ეს არის ჯადოსნური რიცხვი. მეცნიერები ძალიან დაინტერესებულნი არიან ნულოვანი კელვინის მიღებით, რათა გამოიტანონ მაქსიმალური კვანტური ეფექტი, რომელსაც აქვთ სუბატომიური ნაწილაკები. ნაწილაკების შესახებ ლამაზი რამ არის ის, რომ პატარა ელექტრონებს, რომლებიც ბირთვს გარშემო ეშვება, მხოლოდ გაცემა შეუძლიათზოგიერთიმონაცემები - ეს ყველაფერი არასდროს არის (ეს არის კვანტური თვისება). ან შეგიძლიათ ზუსტად იცოდეთ რამდენად სწრაფად მიდის ელექტრონი, აბსოლუტურად წარმოდგენა არ აქვს სად არის, ან შეგიძლიათ იცოდეთ სად არის ელექტრონი, მაგრამ აბსოლუტურად წარმოდგენა არ გაქვთ რამდენად სწრაფად მიდის იგი. ეფექტურად, მეცნიერებმა, რომლებიც ნაწილაკებს აცივებდნენ, შეანელა ელექტრონები ნულოვანი კელვინის წერტილამდე, აბსოლუტური ნულის ზემოთ, მეოთხედი მილიარდიანი ხარისხით. ყველაზე ცივი ტემპერატურაა ცნობილი სამყარო არის ბუმერანგის ნისლეულში, ზის 1 კმ (–458 გრადუსი ფარენგეიტი ან –272 გრადუსი ცელსიუსით), რაც სამყაროს ყველაზე ცივ ადგილს წარმოადგენს Დედამიწა.0 კ-ზე ელექტრონები შეიძლება სამყაროს მეორე მხარეს იყოს, რადგან სიჩქარე თითქმის ზუსტად იყო ცნობილი, რაც იმას ნიშნავს, რომ არავინ იცოდა სად იყო ელექტრონი. ეს ხსნის ულამაზეს ფენომენს, რომელსაც ეწოდება სუპერგამტარობა და დიამაგნიტიზმი - მატერიის კიდევ ერთი მომხიბლავი მდგომარეობა.

[სურათის წყარო: NASA, ბუმერანგის ნისლეული]

ჩვეულებრივი აზროვნება არ გამოიღებს ახალ შედეგებს. ვინ იფიქრებდა, რომ ლაზერების გამოყენება არამარტო ყველაზე ცივ ტემპერატურას გამოიწვევს დედამიწა, მაგრამ ყველაზე ცივი ტემპერატურააცნობილი სამყარო?მეცნიერება მნიშვნელოვანია იმის გასაგებად, თუ როგორ მუშაობს სამყარო, რამაც შეიძლება გახსნას საიდუმლოებები იმის შესახებ, თუ როგორ გაჩნდა ადამიანი და ყველაფერი. მეცნიერება განაგრძობს გაუმჯობესებას უპრეცედენტო ტემპებით, სამუდამოდ ცვლის და აყალიბებს მომავალსა და ცხოვრებას, როგორც ჩვენ ვიცით.

აგრეთვე იხილეთ: შეცვლილი ლაზერული მეთოდი ქმნის მიკროენერგეტიკულ ერთეულებს

დაწერილი მავერიკ ბეიკერი


Უყურე ვიდეოს: Super Hair Removal Animation (ოქტომბერი 2021).