Fizikos laboratorijose – jau ir patobulinta kvantinė levitacija (Video) (8)

2011-11-02

Ore be jokių regimų prietaisų sklendžiantys objektai visada atrodo žaviai, įspūdingai ir mįslingai. Be to, tai vienas iš patogiausių būdų paprastam mirtingajam susipažinti su kvantine fizika. O ir fizikai įsigudrina įvaldyti vis sudėtingesnius levitacijos triukus.

Prisijunk prie technologijos.lt komandos!

Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.

Sudomino? Užpildyk šią anketą!

Tel Avivo universiteto (Izraelis) mokslininkai surengė keletą eksperimentų, kurių metu pademonstravo superlaidininkams būdingus reiškinius – kvantinius „spąstus“ (angl. – „quantum trapping“) ir kvantinę levitaciją. Fizikai tyrė, kaip superlaidūs kūnai „elgiasi“ magnetiniuose laukuose, priklausomai nuo įvairių aplinkybių. Šio mokslinio darbo rėmuose gimė papildomas projektas „Quantum levitation“ („Kvantinė levitacija“). Minėtų reiškinių pagrindu tyrėjai sudarė unikalų mokomųjų ir pažintinių priemonių rinkinį, kurį spalio 15-18 d. pristatė Baltimorėje (JAV) vykusioje Amerikos Mokslo ir Technikos Centrų Asociacijos (Association of Science-Technology Centers) parodoje-konferencijoje. Vienas iš asociacijos tikslų – plačiajai publikai žaisminga forma pristatyti naujausius mokslo pasiekimus bei į tokių mokslinių ir techninių naujovių aptarimą įtraukti kuo didesnes mases žmonių.

Iš pirmo žvilgsnio – lyg ir nieko naujo. Izraeliečiai demonstruoja seniai žinomą objektų levitavimą, kurio pagrindas – magnetiniame lauke pagal Meisnerio efekto (angl. – „Meissner effect“) dėsningumus sąveikaujantis superlaidininkas ir magnetas. Tačiau viskas yra kiek sudėtingiau.

Fizikų aiškinimu, jei superlaidininkas pakankamai plonas, magnetinis laukas iš jo „išstumiamas“ taip pat, kaip ir Meisnerio efekto atveju. Tačiau kai kuriuose atskiruose taškuose jis persmelkia medžiagą kiaurai – tarytum „menkomis kvantinėmis porcijomis“. Tai sukelia gluminančių efektų.

Izraelio mokslininkai sklandančius diskus pasigamino iš 0,5 mm storio safyro kristalų plokštelių – safyras buvo padengtas superlaidžia vieno mikrometro storio keramika (itrio bario vario oksidu - YBa₂Cu₃O_7-x). Superlaidininko savybių diskas įgyja aplinkos temperatūrai nukritus iki -185°C. Tai pasiekiama naudojant suskystintą azotą. Visas diskas įvelkamas į plastiką.

Patekus į nuolatinį magnetinį lauką, kai kurios lauko linijos eina kiaurai – per patį superlaidininką. Tose vietose susiformuoja vadinamieji srauto vamzdeliai (angl. – „flux tubes“). Kiekvieno tokio vamzdelio viduje superlaidumas, nepaisant žemos temperatūros, lokaliai išnyksta.
Tokie vamzdeliai susiformuoja ir veikia pačiose „silpniausiuose“ superlaidininko srityse, kur superlaidumo efektas suardomas lengviau.
Kita vertus, bet koks superlaidininko pajudinimas lauko linijų atžvilgiu sukelia vamzdelių susimaišymą. Kad to būtų galima išvengti, visas medžiagos gabaliuko dislokacijos vieta magneto atžvilgiu lieka stabili - kartu juda ir magnetinio lauko šaltinis. Skirtingai nei paprastos magnetinės pakabos atveju, kvantinėje levitacijoje nėra svarbi abipusė lauko linijų orientacija: kaip besuktum sistemą „magnetas-superlaidininkas“, abu sistemos dėmenys išlieka neatskiriami, išsaugo pradinį išsidėstymą vienas kito atžvilgiu ir išlaiko vienodą atstumą vienas nuo kito.