В удивителния свят на физиката невъзможното, макар и не веднага, но все пак става възможно. И напоследък учените успяха да постигнат наистина супер невъзможни неща. Науката напредва. Само едно чудовище на паста знае какво още ни очаква в най-тайните му недра. Днес ще анализираме дузина нереални неща, състояния и обекти, които станаха възможни благодарение на съвременната физика.
Невероятно ниски температури
В миналото учените не са били в състояние да охладят обекти под така наречения праг "квантова граница". За да се охлади нещо до такова състояние, е необходимо да се използва лазер с много бавно движещи се атоми и да се потискат генериращите топлина вибрации, които генерират.
Въпреки това, физиците са намерили правилното решение. Те създадоха ултра мъничък алуминиев вибриращ барабан и успяха да го охладят до 360 µK, което е 10 000 пъти повече от температурата в самите дълбочини на космоса.
Диаметърът на барабана е само 20 микрометра (диаметърът на човешка коса е 40-50 микрометра). Възможно беше да се охлади до такива ултра ниски температури благодарение на нова технология на така наречената „изцедена светлина“, при която всички частици имат една и съща посока. Това елиминира вибрациите, генериращи топлина в лазера. Въпреки че барабанът е охладен до най-ниската възможна температура, това не е най-студеният тип материя. Това заглавие принадлежи на кондензата Bose - Ainstein. Въпреки това постиженията играят важна роля. Тъй като един ден подобен метод и технология могат да намерят приложението си за създаване на свръхбърза електроника, както и да помогнат в разбирането на странното поведение на материалите в квантовия свят, приближавайки се по свойствата си до физически граници.
Промоционално видео:
Най-ярката светлина
Светлината на Слънцето е ослепително ярка. А сега си представете светлината на милиард слънца. Именно той беше създаден наскоро от физиците в лабораторията, всъщност създаде най-ярката изкуствена светлина на Земята, която освен това се държи по много непредсказуем начин. Променя външния вид на обектите. Това обаче не е достъпно за човешкото зрение, така че остава да се възприеме физиците по тяхната дума.
Молекулярна черна дупка
Наскоро група физици създадоха нещо, което се държи като черна дупка. За да направят това, те взеха най-мощния световен рентгенов лазер Linac Coherent Light Source (LCLS) и го използваха за сблъскване на молекули на йодометан и йодобензен. Първоначално лазерният импулс се очакваше да избие по-голямата част от електроните от орбитата на йодните атоми, оставяйки вакуум на тяхно място. При експерименти с по-слаби лазери тази празнота по правило веднага се запълва с електрони от най-външните граници на атомната орбита. Когато LCLS лазерът удари, очакваният процес всъщност започна, но след това последва наистина невероятно явление. Получил такова ниво на възбуда, йодният атом започна буквално да поглъща електрони от близките водородни и въглеродни атоми. Отвън изглеждаше като мъничка черна дупка вътре в молекулата.
Последвалите лазерни импулси нокаутираха привлечените електрони, но празнотата се дърпаше все повече и повече. Цикълът се повтаря, докато цялата молекула се взриви. Интересното е, че атомът на йодната молекула е единственият, който показва такова поведение. Тъй като е средно по-голям от другите, той е в състояние да абсорбира огромно количество рентгенова енергия и да загуби първоначалните си електрони. Тази загуба оставя атома с достатъчно силен положителен заряд, с който той привлича електрони от други, по-малки атоми.
Метален водород
Наричаше се „Светият граал на физиката на високо налягане“, но доскоро никой не успя да го получи. Възможността за превръщане на водород в метал е обявена за първи път през 1935г. Тогавашните физици предполагат, че подобна трансформация може да бъде извършена от много силен натиск. Проблемът беше, че тогавашните технологии не могат да създадат такъв натиск.
През 2017 г. американският екип от физици реши да се върне към старата идея, но предприе различен подход. Експериментът се проведе в специално устройство, наречено диамантено менгеме. Налягането, генерирано от това менгеме, се произвежда от два синтетични диаманта, разположени от двете страни на пресата. Благодарение на това устройство беше постигнато невероятно налягане: повече от 71,7 милиона psi. Дори в центъра на земята налягането е по-ниско.
Компютърен чип с мозъчни клетки
Вдъхвайки живот на електрониката, светлината един ден може да замени електричеството. Физиците осъзнаха невероятния потенциал на светлината преди десетилетия, когато стана ясно, че светлинните вълни могат да пътуват успоредно една на друга и по този начин да изпълняват много едновременни задачи. Нашата електроника разчита на транзисторите, за да отворят и затворят пътищата за пътуване на електричество. Тази схема налага много ограничения. Наскоро обаче учените създадоха невероятно изобретение - компютърен чип, който имитира работата на човешкия мозък. Благодарение на използването на взаимодействащи лъчи светлина, които работят като неврони в жив мозък, този чип е в състояние наистина да "мисли" много бързо.
Преди това учените също можеха да създават прости изкуствени невронни мрежи, но такова оборудване взе няколко лабораторни маси. Считаше се невъзможно да се създаде нещо със същата ефективност, но с много по-малък размер. И въпреки това успя. Чипът на силиконова основа е с размери само няколко милиметра. И той провежда изчислителни операции, използвайки 16 интегрирани неврона. Случва се така. Към чипа се прилага лазерна светлина, която е разделена на няколко лъча, всеки от които съдържа номер на сигнал или информация, която варира в ниво на яркост. Изходната интензивност на лазерите дава отговор на числен проблем или всяка информация, за която е необходимо решение.
Невъзможна форма на материята
Има вид материя, наречена „свръхтечно твърдо вещество“. И всъщност този въпрос не е толкова ужасен, колкото може да изглежда от името. Факт е, че тази много причудлива форма на материята има кристална структура, характерна за твърдите вещества, но в същото време е течност. Този парадокс дълго време остава нереализиран. През 2016 г. обаче две независими групи учени (американски и швейцарски) създадоха материя, която с право може да се припише на свойствата на свръхтечно твърдо вещество. Интересното е, че и двата екипа използваха различни подходи при създаването му.
Швейцарците са създали кондензат Бозе-Айнщайн (най-студената известна материя) чрез охлаждане на рубидиев газ до изключително ниски температури. След това кондензатът се поставя в двукамерна инсталация, във всяка камера от която са монтирани малки огледала, насочени един към друг. Лазерните лъчи бяха насочени към камерите, което предизвика трансформацията. Газовите частици в отговор на лазерното действие изграждат кристалната структура на твърдото вещество, но като цяло материята запазва свойството на течност.
Американците получиха подобна хибридна материя на базата на кондензат от натриеви атоми, който също беше силно охладен и изложен на лазер. Последните се използват за изместване на плътността на атомите преди появата на кристална структура в течна форма.
Течност с отрицателна маса
През 2017 г. физиците създадоха наистина готино нещо: нова форма на материя, която се движи към силата, която я отблъсква. Въпреки че всъщност не е бумеранг, този въпрос има онова, което бихте могли да наречете отрицателна маса. С положителна маса всичко е ясно: вие давате ускорение на някакъв обект и той започва да се движи в посоката, в която е било предадено това ускорение. Учените обаче са създали течност, която работи много по-различно от всичко във физическия свят. При натискане се ускорява до източника на ускорението, което се упражнява.
И отново кондензатът Боз - Айнщайн дойде на помощ по този въпрос, в ролята на който бяха атомите на рубидия, охладени до свръх ниски температури. По този начин учените са получили свръхтечна течност с нормална маса. Тогава те силно компресираха атомите с лазери. След това, с втория набор от лазери, те силно възбудиха атомите, дотолкова, че промениха завъртанията си. Когато атомите се освободят от лазерната хватка, реакцията на обикновена течност би била поривът да се премести от центъра на фиксацията, което всъщност може да се тълкува като тласкане. Въпреки това, свръхтечната течност на рубидия, чиито атоми са получили достатъчно ускорение, остава на мястото си, когато се освобождава от лазерния захват, като по този начин демонстрира отрицателна маса.
Временни кристали
Когато Франк Уилчек, Нобеловият лауреат, за пръв път предложи идеята за времеви кристали, това звучеше лудо. Особено в частта, в която беше обяснено, че тези кристали могат да имат движение, докато остават в състояние на покой, тоест демонстрирайки най-ниското ниво на енергия на материята. Изглеждаше невъзможно, тъй като за движението е необходима енергия, а теорията от своя страна казваше, че в такива кристали практически няма енергия. Вилчек вярва, че непрекъснатото движение може да бъде постигнато чрез промяна на основното състояние на кристалния атом от неподвижно към периодично. Това противоречи на законите на физиката, които познаваме, но през 2017 г., 5 години след като Вилчек го предложи, физиците намериха начин да го направят. В резултат на това в университета в Харвард е създаден кристал от време, където азотните примеси се въртят в диаманти.
Bragg огледала
Огледалото на Брег не е силно отразяващо и се състои от 1000-2000 атома. Но той е в състояние да отразява светлината, което го прави полезен, където са необходими малки огледала, като например в напредналата електроника. Формата на такова огледало също е необичайна. Атомите му са суспендирани във вакуум и приличат на верига от мъниста. През 2011 г. немска група учени успя да създаде огледало на Брег, което по онова време имаше най-високото ниво на отражение (около 80 процента). За целта учените са комбинирали 10 милиона атома в една решетъчна структура.
По-късно обаче изследователски екипи от Дания и Франция намериха начин да намалят значително броя на необходимите атоми, като същевременно поддържат висока отразяваща ефективност. Вместо плътно вързани един около друг, атомите бяха поставени по протежение на микроскопично оптично влакно. При правилното поставяне възникват необходимите условия - светлинната вълна се отразява директно обратно до нейната точка на произход. Когато се предава светлина, част от фотоните избухват от влакното и се сблъскват с атоми. Отразяващата ефективност, демонстрирана от датските и френските отбори, е много различна и е около 10 и 75 процента съответно. И в двата случая обаче светлината се връща (тоест се отразява) до своята точка на произход.
Освен обещаващи предимства в развитието на технологиите, такива огледала могат да бъдат полезни в квантовите устройства, тъй като атомите допълнително използват светлинното поле, за да си взаимодействат помежду си.
2D магнит
Физиците се опитват да създадат двуизмерен магнит от 70-те години, но винаги са се провалили. Истинският 2D магнит трябва да запази своите магнитни свойства, дори когато е разделен до състояние, при което става двуизмерен или дебел само един атом. Учените дори започнаха да се съмняват, че такова нещо изобщо е възможно.
През юни 2017 г. обаче физиците, използващи хромов трийодид, най-накрая успяха да създадат двуизмерен магнит. Връзката се оказа много интересна от няколко страни едновременно. Слоевата му кристална структура е отлична за изтъняване и в допълнение, нейните електрони имат желаната посока на въртене. Тези важни свойства позволяват на хромовия трийодид да запази магнитните си свойства дори след като кристалната му структура е намалена до дебелината на последните атомни слоеве.
Първият 2D магнит в света може да бъде произведен при сравнително висока температура от -228 градуса по Целзий. Магнитните му свойства престават да работят при стайна температура, тъй като кислородът го унищожава. Експериментите обаче продължават.
НИКОЛАЙ ХИЖНЯК