Израильтяне удивили публику квантовой левитацией
Серия новых опытов в яркой и наглядной форме показала зрителям необычные квантовые эффекты. Парящие без видимой помощи предметы — возможно ли придумать что-то лучшее чтобы простой человек имел возможность «пощупать» квантовую физику?
Учёные из университета Тель-Авива (Tel Aviv University) поставили пара опытов, показавших необыкновенные свойства сверхпроводников – квантовый захват (quantum trapping) и квантовую левитацию. Физики изучили, как ведут себя сверхпроводящие тела в магнитных полях в зависимости от последовательности условий.
И эта изначально научная работа породила интересный прикладной проект Quantum levitation.
При квантовом захвате, в отличие от простого парения магнитов над сверхпроводником (либо напротив), висящее тело возможно переместить, наклонить, сместить ниже либо выше по желанию. И по окончании того как экспериментатор убрал руку, предмет «запомнит» новое положение (фотографии Guy Deutscher, Boaz Almog/ Superconductivity group, Tel Aviv University).
Исследователи создали на базе упомянутых феноменов увлекательный комплект обучающих и познавательных комплектов и продемонстрировали их с 15 по 18 октября 2011 года в Балтиморе на выставке-конференции американской Ассоциации научно-технических центров (Association of Science-Technology Centers). Одна из целей ассоциации – знакомство в форме игры широкой публики с новейшими достижениями науки и вовлечение весов в дискуссию таких инноваций.
На первый взгляд, перед нами давным-давно виденные испытания с левитацией предметов, основанные на вытеснении магнитного поля сверхпроводником, другими словами на эффекте Мейснера. Но на деле всё сложнее.
В модификации «железная дорога» сверхпроводящий диск с радостью бегает как над полотном, так и под ним. Подобно в опыте со статичной подвеской корпус с магнитом возможно как угодно наклонять и переворачивать (фотографии Guy Deutscher, Boaz Almog/ Superconductivity group, Tel Aviv University).
В случае если сверхпроводник достаточно узкий, растолковывают физики, магнитное поле по большей части выталкивается из него равно как и при эффекте Мейснера, но в некоторых отдельных точках оно пронзает материал полностью, как будто бы «мелкими квантовыми порциями». Наряду с этим появляется необычная цепочка эффектов.
Израильтяне создали собственные летающие диски из кристаллов сапфира (брались пластинки толщиной 0,5 миллиметра), покрытого слоем сверхпроводящей керамики (оксид иттрия бария меди — YBa2Cu3O7-x) толщиной около 1 микрометра. В сверхпроводящее состояние данный материал переходит при охлаждении ниже минус 185 °C, для чего употребляется жидкий азот.
Целый диск упаковывается в пластик.
В то время, когда данный диск попадает в поле от постоянного магнита, кое-какие силовые линии проходят через сверхпроводник – в этих местах появляются потоковые трубки (flux tubes). В каждой таковой трубки сверхпроводимость локально разрушается, не обращая внимания на низкую температуру материала.
Формирование потоковых трубок, каковые закрывают сверхпроводник в том положении относительно магнитов, в котором его покинули (иллюстрация Guy Deutscher, Boaz Almog/ Superconductivity group, Tel Aviv University).
Сверхпроводник допускает существование таких трубок в собственных самых «не сильный» участках, где сверхпроводимость под действием поля разрушается легче, к примеру на границах зёрен.
Но любое перемещение сверхпроводника довольно силовых линий вызывает и смещение трубок. Дабы это не допустить, целый кусок материала остаётся закрытым в воздухе – сдвигается вместе с источником удерживающего его поля.
Создавая собственные игрушки для выставок и музеев, физики заодно поставили рекорд по подъёму левитирующего тела на базе сверхпроводимости – более четырёх сантиметров (кадр Guy Deutscher, Boaz Almog/ Superconductivity group, Tel Aviv University).
В отличие от несложной магнитной подвески (отыскать в памяти хотя бы необычный Levitron), трудящейся либо на притяжение либо на отталкивание в зависимости от полярности магнитов, квантовая левитация равнодушна к обоюдной ориентации силовых линий от силы и магнита тяжести: по-любому связку магнит-сверхпроводник, они остаются неразлучными, сохраняют исходное заданный зазор и взаимное расположение.
На этом принципе физики выстроили последовательность обучающих наборов: комплекты для демонстрации квантового захвата, демонстратор «квантового подшипника», трудящийся без трения, прямолинейные рельсы, на протяжении которых может скользить летающий диск, и, наконец, закольцованную магнитную железную дорогу.
Подбирая число, расположение и размер сверхпроводников и магнитов, возможно взять и «монорельс», и подшипник, удерживающие парящие тела над собой, но наряду с этим разрешающие им смещаться на протяжении автострады либо вращаться около оси (фотографии Guy Deutscher, Boaz Almog/ Superconductivity group, Tel Aviv University).
Последние две игрушки трудятся вследствие того что явление захвата зависит среди другого и от магнита размера и соотношения диска. При верном «рисунке» из магнитиков сверхпроводящий диск, что толкнули рукой, перескакивает от одного магнита к второму, не падая на пол.
Напоследок добавим, что опыты израильтян в лаборатории, а не на выставке в чём-то были кроме того эффектнее. Им удалось добиться от пары диск-магнит заметно большего зазора при сохранении явления захвата.
В другом опыте сходу два диска летали на различной высоте над одной и той же «дорогой» в противоположных направлениях, не теряя связи с магнитами и не мешая друг другу. На всё это вправду стоит взглянуть поближе.
