Hvordan Gjorde Han Det? Physicist Demos Quantum Levitation

{h1}

Fysikist subir sachdev gav et levende foredrag ved perimeter institute den 1. Oktober, hvor han forklarede grunduddannelsen for kvanteforbindelser og leviterende superledere.

En lille kube, der flyder og blinker i midair lyder som noget lige ud af "Harry Potter", men Harvard-fysikeren Subir Sachdev behøver ikke magi til at genoplive genstande.

Sachdev udførte en levitation demonstration ved hjælp af en magnet og en superleder under en præsentation ved Perimeter Institute den 1. oktober. Superledere er utrolige materialer, som kan lede elektricitet med nul modstand. Men for at generere superledningsevnen, skal materialet være ekstremt koldt, og Sachdev hældte flydende nitrogen, der er omkring minus 320 grader Fahrenheit (minus 195 grader Celsius) på superlederen for at udløse sin superledende tilstand.

"En af de vigtigste egenskaber ved superledere er, at det hader magnetiske felter," sagde Sachdev under sin levitation demonstration. Og så som superlederen "afviser" magneten, løftes den magnetiske terning i luften. Magneten falder, efter at superlederen begynder at varme op igen.

Men superledere er ikke kun for levitation demonstrationer, sagde Sachdev. [The Cool Physics of 7 Classic Toys]

"Håbet er, at disse materialer rent faktisk vil være nyttige for noget," sagde Sachdev.

Superledende materialer skal være yderst kolde for at opretholde deres superledende tilstand, og fysikere søger efter materialer, der kan tjene som supertemperaturledere.

Højtemperatur superledere kunne have en bred vifte af applikationer, herunder i MRI maskiner, motorer, generatorer, fusionsreaktorer og lavt tab strømkabler.

Kvantemekanik 101

Fysikere er stadig ikke helt sikre på, hvad der giver en superleder sine magiske egenskaber, og hvorfor superledningsevne ikke virker over en bestemt temperatur, men Sachdev sagde, at han mener, at han er temmelig tæt på svaret.

Men for at forstå, hvordan en superleder fungerer, "du skal vide nogle kvantemekanikers grundlæggende grunde", sagde Sachdev efter sin levitation demonstration. Hovedmålet med kvantemekanik er, at et objekt som en elektron eller en foton virker som både en partikel og en bølge, sagde Sachdev.

"Det er en af ​​de vigtigste mystiske egenskaber ved kvantemekanik," sagde Sachdev.

Den anden underlige karakteristik af kvantpartikler er, at de kan eksistere på flere steder på én gang, et fænomen kaldet superposition. Men overlejring er en skrøbelig stat. I det øjeblik, forskere forsøger at måle partiklerne, kollapser superpositionsstaten og partiklerne kommer til at eksistere på kun ét sted. Før partiklerne forstyrres, eksisterer de på flere steder på én gang, og "ja, du skal bare acceptere det", skød Sachdev under sin præsentation.

Quantum entanglement

Quantum entanglement er superposition i større skala, noget som Sachdev beskrev under hans tale. Partikler bliver indviklede, når de interagerer med hinanden. Entanglement betyder, at når en handling udføres på en partikel, påvirker den direkte partiklens indviklede partner, uanset hvor langt de er fra hinanden. [Hvordan Quantum Entanglement Works (Infographic)]

Sachdev sagde, at en god måde at tænke på, er at forestille sig, hvordan to indviklede elektroner roterer. Elektronerne drejer enten med uret (et "op" spin) eller mod uret (et "ned" spin).

"Er den venstre elektron op eller ned?" Sachdev spurgte publikum. "Svaret er virkelig begge." Og det gælder både elektroner.

Elektronerne vil forblive i denne superpositionstilstand, indtil nogen måler en af ​​de to partikler. Hvis en elektron har en optur, når den måles, erhverver den forankrede partner øjeblikkeligt et nedtur. Dette er rigtigt, uanset hvor langt fra hinanden elektronerne er, selvom en elektron forblev på jorden, og den anden blev strålet til månen.

Sachdev sagde, at han mener, at en særlig form for denne kvantesammenføring er ansvarlig for superledernes magiske egenskaber.

En krystallinsk forbindelse kaldet YBCO (yttriumbarium kobberoxid) er det første materiale, som forskere opdagede, der kan fungere som superleder ved temperaturer over kogepunktet for flydende nitrogen (minus 320 grader Fahrenheit). Sachdev sagde, at kobberatomer i dette stof er den vigtigste del af forbindelsen. Elektronerne omkring kobberatomer parrer sig, og "hvert par elektroner er overalt [i materialet] på samme tid," sagde Sachdev, mens han viste et diagram over de parrede elektroner. Denne klump af indviklede partikler i overlejring fører til superledningsevne.

Kvanteforbindelsen i en superleder er lidt mere kompleks, sagde Sachdev. Det ser ud til, at de elektronparpar bytter partnere, hvilket skaber det, han kalder "langdistansforbindelser".

At lære mere om langdistansforbindelser, som Sachdev forklarede, vil føre til bedre høj-temperatur superledere. Grundteknologien eksisterer allerede, men andre forhindringer forhindrer højtemperatur superledere i at blive brugt i stor skala. For eksempel ville brug af superledere som strømledninger kræve en enorm opstartspris, sagde Sachdev.

"Tænk bare på at udskifte alle strømkablerne under New York," sagde Sachdev.

Følg Kelly Dickerson på Twitter. Følg os @wordssidekick, Facebook &Google+. Originalartikel på WordsSideKick.com.


Video Supplement: Technology Stacks - Computer Science for Business Leaders 2016.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com