Ejja nagħtu l-parti tagħna u forsi toħroġ rivoluzzjoni

Skoperti kbar, teoriji kuraġġużi, skoperti xjentifiċi. Il-midja hija sħiħa ta 'din it-tip ta' formulazzjoni, ġeneralment esaġerata. X'imkien fid-dellijiet ta '"fiżika kbira", l-LHC, mistoqsijiet kożmoloġiċi fundamentali, u l-ġlieda kontra l-Mudell Standard, riċerkaturi li jaħdmu iebes jimxu skiet dwar in-negozju tagħhom, jaħsbu dwar applikazzjonijiet prattiċi u jespandu l-ambitu tal-għarfien tagħna pass pass.

"Ejja nagħmlu l-ħaġa tagħna" ċertament jista 'jkun is-slogan ta' xjentisti involuti fl-iżvilupp tal-fużjoni termonukleari. Għax, minkejja t-tweġibiet kbar għall-mistoqsijiet kbar, is-soluzzjoni għall-problemi prattiċi, apparentement insinifikanti assoċjati ma 'dan il-proċess għandha s-setgħa li tirrivoluzzjona d-dinja.

Forsi, pereżempju, ikun possibbli li ssir fużjoni nukleari fuq skala żgħira - b'tagħmir li joqgħod fuq mejda. Ix-xjentisti fl-Università ta 'Washington bnew l-apparat is-sena li għaddiet Z-niskata (1), li kapaċi żżomm reazzjoni ta 'fużjoni għal 5 mikrosekondi, għalkemm l-informazzjoni impressjonanti ewlenija kienet il-minjaturizzazzjoni tar-reattur, li huwa twil biss 1,5 m. Il-pinch Z jaħdem billi jinqabad u jikkompressa plażma f'kamp manjetiku qawwi.

Mhux effettiv ħafna, iżda potenzjalment estremament importanti sforzi għal . Ir-reatturi tal-fużjoni għandhom il-kapaċità li jikkontrollaw l-oxxillazzjonijiet tal-plażma, skont ir-riċerka tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti (DOE) ippubblikata f'Ottubru 2018 fil-ġurnal Physics of Plasmas. Dawn il-mewġ jimbuttaw partiċelli ta 'enerġija għolja barra miż-żona ta' reazzjoni, filwaqt li jieħdu magħhom ftit mill-enerġija meħtieġa għar-reazzjoni tal-fużjoni. Riċerka ġdida DOE tiddeskrivi simulazzjonijiet tal-kompjuter sofistikati li jistgħu jsegwu u jbassru l-formazzjoni tal-mewġ, u jagħtu lill-fiżiċi l-abbiltà li jipprevjenu l-proċess u jżommu l-partiċelli taħt kontroll. Ix-xjentisti jittamaw li x-xogħol tagħhom jgħin fil-kostruzzjoni ITER, forsi l-aktar proġett ta 'reattur tal-fużjoni sperimentali famuż fi Franza.

Wkoll kisbiet bħal temperatura tal-plażma 100 miljun grad Celsius, miksuba tard is-sena li għaddiet minn tim ta 'xjentisti fl-Istitut taċ-Ċina tal-Fiżika tal-Plażma fil-Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), huwa eżempju ta' progress pass pass lejn fużjoni effiċjenti. Skont l-esperti li kkummentaw dwar l-istudju, jista’ jkun essenzjali għall-proġett ITER imsemmi hawn fuq, li fih qed tipparteċipa ċ-Ċina flimkien ma’ 35 pajjiż ieħor.

Superkondutturi u elettronika

Qasam ieħor b'potenzjal kbir, fejn minflok skoperti kbar hemm passi pjuttost żgħar u iebes, huwa t-tfittxija għal superkondutturi ta 'temperatura għolja. (2). Sfortunatament, hemm ħafna allarmi foloz u inkwiet prematur. Tipikament, rapporti tal-midja entużjasti jirriżultaw li jkunu esaġerazzjonijiet jew sempliċement mhux veru. Anke f'rapporti aktar serji dejjem ikun hemm "iżda". Bħal f'rapport reċenti, xjenzati fl-Università ta 'Chicago skoprew superkonduttività, l-abbiltà li tmexxi l-elettriku mingħajr telf fl-ogħla temperaturi qatt irreġistrati. Bl-użu ta 'teknoloġija avvanzata fil-Laboratorju Nazzjonali ta' Argonne, tim ta 'xjentisti lokali studjaw klassi ta' materjali li fihom osservaw superkonduttività f'temperaturi ta 'madwar -23 ° C. Din hija qabża ta’ madwar 50 grad mir-rekord ikkonfermat preċedenti.

2. Superkonduttur f'kamp manjetiku

Il-qabda, madankollu, hija li trid tapplika ħafna pressjoni. Il-materjali li ġew ittestjati kienu idruri. Lanthanum perhydride kien ta 'interess partikolari għal xi żmien. L-esperimenti wrew li kampjuni estremament irqaq ta 'dan il-materjal juru superkonduttività taħt pressjoni fil-medda minn 150 sa 170 gigapascal. Ir-riżultati ġew ippubblikati f'Mejju fil-ġurnal Nature, ko-awtur tal-Prof. Vitaly Prokopenko u Eran Grinberg.

Biex taħseb dwar l-applikazzjoni prattika ta 'dawn il-materjali, ser ikollok tnaqqas il-pressjoni u wkoll it-temperatura, għax anke sa -23 ° C mhix prattika ħafna. Ix-xogħol fuqu jirrappreżenta fiżika tipika baby-step, li għaddejja għal snin f'laboratorji madwar id-dinja.

L-istess japplika għar-riċerka applikata. Fenomeni manjetiċi fl-elettronika. Aktar reċentement, bl-użu ta 'sondi manjetiċi sensittivi ħafna, tim internazzjonali ta' xjenzati skopra evidenza sorprendenti li l-manjetiżmu li jseħħ fl-interface ta 'saffi rqaq ta' ossidu mhux manjetiku jista 'jiġi kkontrollat ​​faċilment bl-applikazzjoni ta' forzi mekkaniċi żgħar. Din l-iskoperta, imħabbra f'Nature Physics f'Diċembru li għadda, turi mod ġdid u mhux mistenni biex jikkontrolla l-manjetiżmu, teoretikament jippermettilna naħsbu dwar memorja manjetika aktar densa u spintronika, pereżempju.

Din l-iskoperta toħloq opportunità ġdida għall-minjaturizzazzjoni taċ-ċelloli tal-memorja manjetika, li llum diġà għandhom daqs ta 'diversi għexieren ta' nanometri, iżda l-minjaturizzazzjoni ulterjuri tagħhom bl-użu ta 'teknoloġiji magħrufa hija diffiċli. L-interfaces tal-ossidu jgħaqqdu numru ta 'fenomeni fiżiċi interessanti, bħal konduttività bidimensjonali u superkonduttività. Il-kontroll tal-kurrent bl-użu tal-manjetiżmu huwa qasam promettenti ħafna fl-elettronika. Is-sejba ta 'materjali bil-proprjetajiet mixtieqa, u fl-istess ħin disponibbli u rħisa, tippermettilna nidħlu serjament fl-iżvilupp spintronika.

huwa wkoll għeja Kontroll tas-sħana mormija fl-elettronika. Inġiniera fl-Università ta 'Kalifornja, Berkeley, reċentement żviluppaw materjal ta' film irqiq (ħxuna ta 'film ta' 50-100 nanometru) li jista 'jintuża biex jirkupra s-sħana mormija biex jiġġenera enerġija f'livell li qabel ma kienx jidher f'dan it-tip ta' teknoloġija. Juża proċess imsejjaħ konverżjoni tal-enerġija piroelettrika, li riċerka ġdida tal-inġinerija turi li hija adattata tajjeb għall-użu f'sorsi tas-sħana b'temperaturi taħt il-100°C. Dan huwa biss l-aħħar eżempju ta 'riċerka f'dan il-qasam. Hemm mijiet jew saħansitra eluf ta 'programmi ta' riċerka madwar id-dinja relatati mal-ġestjoni tal-enerġija fl-elettronika.

"Ma nafx għaliex, imma taħdem"

L-esperimentazzjoni ma 'materjali ġodda, it-tranżizzjonijiet tal-fażi tagħhom u l-fenomeni topoloġiċi huwa qasam ta' riċerka promettenti ħafna, iżda mhux effiċjenti ħafna, diffiċli u rarament attraenti għall-midja. Dan huwa wieħed mill-istudji l-aktar spiss ikkwotati fil-qasam tal-fiżika, għalkemm irċieva ħafna pubbliċità fil-midja, l-hekk imsejħa. Normalment ma jirbħux il-mainstream.

Esperimenti b'trasformazzjonijiet ta 'fażi fil-materjali kultant jipproduċu riżultati mhux mistennija, eż. tidwib tal-metall b'punti ta' tidwib għoljin temperatura tal-kamra. Eżempju huwa l-kisba reċenti tat-tidwib ta 'kampjuni tad-deheb, li tipikament jiddewweb f'1064 ° C f'temperatura tal-kamra, bl-użu ta' kamp elettriku u mikroskopju elettroniku. Din il-bidla kienet riversibbli għax it-tifi tal-kamp elettriku setgħet tissolidifika d-deheb mill-ġdid. Għalhekk, il-kamp elettriku ngħaqad mal-fatturi magħrufa li jinfluwenzaw it-trasformazzjonijiet tal-fażi, minbarra t-temperatura u l-pressjoni.

Bidliet fil-fażi kienu wkoll osservati taħt intensa impulsi tad-dawl tal-laser. Ir-riżultati ta’ studju ta’ dan il-fenomenu ġew ippubblikati fis-sajf tal-2019 fil-ġurnal Nature Physics. It-tim internazzjonali biex kiseb dan kien immexxi minn Nuh Gedik (3), professur tal-fiżika fil-Massachusetts Institute of Technology. Ix-xjentisti skoprew li waqt it-tidwib indott ottikament, it-tranżizzjoni tal-fażi sseħħ permezz tal-formazzjoni ta 'singularitajiet fil-materjal, magħrufa bħala difetti topoloġiċi, li mbagħad jinfluwenzaw id-dinamika tal-elettroni u tal-kannizzata li tirriżulta fil-materjal. Dawn id-difetti topoloġiċi, spjega Gedik fil-pubblikazzjoni tiegħu, huma analogi għall-vortiċi ċkejkna li jseħħu f'likwidi bħall-ilma.

Għar-riċerka tagħhom, ix-xjentisti użaw il-kompost tal-lantanu u t-tellurju LaTe.₃. Il-pass li jmiss, jispjegaw ir-riċerkaturi, huwa li jippruvaw jiddeterminaw kif jistgħu "jiġġeneraw dawn id-difetti b'mod ikkontrollat." Dan jista' potenzjalment jintuża għall-ħażna tad-dejta, fejn impulsi tad-dawl jintużaw biex jirreġistraw jew jissewwew difetti fis-sistema, li jikkorrispondu għal operazzjonijiet fuq id-dejta.

U filwaqt li aħna qed dwar is-suġġett ta 'impulsi laser ultraveloċi, l-użu tagħhom f'ħafna esperimenti interessanti u applikazzjonijiet potenzjalment promettenti fil-prattika huwa suġġett li spiss jidher f'rapporti xjentifiċi. Pereżempju, it-tim ta’ Ignacio Franco, assistent professur tal-kimika u l-fiżika fl-Università ta’ Rochester, dan l-aħħar wera kif impulsi laser ultraveloċi jistgħu jintużaw biex proprjetajiet li jgħawġu l-materja Oraz ġenerazzjoni ta 'kurrent elettriku b’veloċità li taqbeż kull teknoloġija magħrufa minna s’issa. Ir-riċerkaturi ttrattati ħjut irqaq tal-ħġieġ għal tul ta 'miljunth ta' biljun ta 'sekonda. Fi mument, il-materjal tal-ħġieġ inbidel f'xi ħaġa simili għall-metall li jmexxi l-elettriku. Dan ġara aktar malajr milli fi kwalunkwe sistema magħrufa fin-nuqqas ta 'vultaġġ applikat. Id-direzzjoni tal-fluss u l-intensità tal-kurrent jistgħu jiġu kkontrollati billi jinbidlu l-proprjetajiet tar-raġġ tal-lejżer. U peress li jista 'jiġi kkontrollat, kull inġinier elettroniku jħares lejha b'interess.

- spjega Franco f’pubblikazzjoni f’Nature Communications.

In-natura fiżika ta 'dawn il-fenomeni mhix mifhuma bis-sħiħ. Franco stess jissuspetta li mekkaniżmi simili Effett qawwi, jiġifieri, il-korrelazzjoni tal-emissjoni jew l-assorbiment ta 'kwanti tad-dawl mal-kamp elettriku. Kieku kien possibbli li jinbnew sistemi elettroniċi ta' ħidma bbażati fuq dawn il-fenomeni, ikollna episodju ieħor ta' serje ta' inġinerija msejħa "Ma Nafux Għaliex, Imma Taħdem."

Sensittività u daqs żgħir

Ġiroskopji huma apparati li jgħinu vetturi, drones, u utilitajiet elettroniċi u apparati portabbli jinnavigaw fi spazju tridimensjonali. Issa jintużaw ħafna fl-apparat li nużaw kuljum. Inizjalment, il-ġiroskopji kienu settijiet ta 'roti mdaħħla ġewwa xulxin, li kull waħda minnhom iddur madwar l-assi tagħha stess. Illum fil-mowbajls insibu sensors microelectromechanical (MEMS) li jkejlu l-bidliet fil-forzi li jaġixxu fuq żewġ mases identiċi li joxxillaw u jimxu fid-direzzjoni opposta.

Il-ġiroskopji MEMS għandhom limitazzjonijiet sinifikanti tas-sensittività. Allura qed tibni Ġiroskopji ottiċi, mingħajr partijiet li jiċċaqilqu, għall-istess kompiti li jużaw fenomenu msejjaħ Effett Sagnac. Madankollu, sa issa kien hemm problema ta 'minjaturizzazzjoni tagħhom. L-iżgħar ġiroskopji ottiċi ta 'prestazzjoni għolja disponibbli huma akbar minn ballun tal-ping-pong u mhumiex adattati għal ħafna applikazzjonijiet portabbli. Madankollu, inġiniera Caltech mmexxija minn Ali Hadjimiri żviluppaw ġiroskopju ottiku ġdid li ħames mitt darba inqasdak li hu magħruf s'issa (4). Huwa jsaħħaħ is-sensittività tiegħu permezz tal-użu ta 'teknika ġdida msejħa "tisħiħ reċiproku» Bejn żewġ raġġi ta' dawl kif użat f'interferometru Sagnac tipiku. L-apparat il-ġdid ġie deskritt f’dokument ippubblikat f’Nature Photonics f’Novembru li għadda.

4. Ġiroskopju ottiku żviluppat minn Ali Hadjimiri u l-kollegi tiegħu. 

L-iżvilupp ta 'ġiroskopju ottiku preċiż jista' jtejjeb b'mod sinifikanti l-orjentazzjoni tal-ismartphones. Min-naħa tiegħu, inbniet minn xjentisti minn Columbia Engineering. l-ewwel lenti ċatta kapaċi jiffokaw b'mod korrett firxa wiesgħa ta 'kuluri fl-istess punt mingħajr il-ħtieġa ta' elementi addizzjonali, jistgħu jaffettwaw il-kapaċitajiet fotografiċi ta 'tagħmir mobbli. Il-lenti ċatta rivoluzzjonarja micron-rqiqa hija sinifikament irqaq minn folja tal-karta u tagħti prestazzjoni komparabbli għal lentijiet komposti premium. Is-sejbiet tat-tim, immexxi minn Nanfang Yu, assistent professur tal-fiżika applikata, huma ppreżentati fi studju ppubblikat fil-ġurnal Nature.

Ix-xjentisti bnew lentijiet ċatti minn "metaatomi". Kull meta-atomu jirrappreżenta frazzjoni ta 'wavelength ta' dawl fid-daqs u jdewwem il-mewġ tad-dawl b'ammont differenti. Billi jibnu saff irqiq u ċatt ta 'nanostrutturi fuq sottostrat irqiq daqs xagħar uman, ix-xjentisti setgħu jiksbu l-istess funzjonalità bħal sistema ta' lenti konvenzjonali ħafna eħxen u itqal. Metallenses jistgħu jissostitwixxu sistemi ta 'lenti goffi bl-istess mod li televiżjonijiet bi skrin ċatt ħadu post it-televiżjonijiet tat-tubi tar-raġġi katodiċi.

Għaliex collider kbir meta hemm modi oħra

Il-fiżika ta 'passi żgħar jista' jkollha wkoll tifsiriet u tifsiriet differenti. Pereżempju - Minflok ma jibni strutturi tat-tip monstrously kbar u jitolbu oħrajn saħansitra akbar, kif jagħmlu ħafna fiżiċi, wieħed jista 'jipprova jsib tweġibiet għal mistoqsijiet kbar billi juża għodod aktar modesti.

Il-biċċa l-kbira tal-aċċeleraturi jaċċelleraw ir-raġġi ta 'partiċelli billi joħolqu kampi elettriċi u manjetiċi. Madankollu, għal xi żmien esperimenta b'teknika oħra - aċċeleraturi tal-plażma, l-aċċelerazzjoni ta 'partiċelli ċċarġjati bħal elettroni, positrons u joni bl-użu ta' kamp elettriku flimkien ma 'mewġa ġġenerata fi plażma ta' elettroni. Dan l-aħħar kont qed naħdem fuq verżjoni ġdida tagħhom. It-tim AWAKE fis-CERN juża protoni (aktar milli elettroni) biex joħloq mewġa tal-plażma. Il-bidla għall-protoni tista 'tmexxi l-partiċelli għal livelli ogħla ta' enerġija fi pass wieħed ta 'aċċelerazzjoni. Forom oħra ta 'aċċelerazzjoni tal-kamp ta' qawmien tal-plażma jeħtieġu passi multipli biex jinkiseb l-istess livell ta 'enerġija. Ix-xjentisti jemmnu li t-teknoloġija tagħhom ibbażata fuq il-protoni tista’ tippermettilna nibnu aċċeleraturi iżgħar, irħas u aktar qawwija fil-futur.

5. Aċċeleratur minjatura f'żewġ stadji minn DESY - viżwalizzazzjoni

Min-naħa tagħhom, xjenzati minn DESY (qosor għal Deutsches Elektronen-Synchrotron - Ġermaniż electron synchrotron) f'Lulju stabbilixxew rekord ġdid fil-qasam tal-minjaturizzazzjoni tal-aċċeleraturi tal-partiċelli. Aċċeleratur li jaħdem f'mewġ terahertz aktar milli rduppja l-enerġija ta' elettroni injettati (5). Fl-istess ħin, l-installazzjoni tejbet b'mod sinifikanti l-kwalità tar-raġġ ta 'l-elettroni meta mqabbla ma' esperimenti preċedenti b'din it-teknika.

- spjega Franz Kärtner, li jmexxi l-grupp Ultrafast Optics u X-ray f'DESY, fi stqarrija għall-istampa. –

L-apparat assoċjat iġġenera kamp ta 'aċċellerazzjoni b'intensità massima ta' 200 miljun volt għal kull metru (MV/m) — simili għall-aħħar aċċeleratur konvenzjonali ta 'qawwa għolja.

Min-naħa tiegħu, id-ditekter il-ġdid, relattivament żgħir ALPHA-g (6), mibnija fil-faċilità Kanadiża TRIUMF u mibgħuta lis-CERN aktar kmieni din is-sena, għandha l-kompitu kejjel l-aċċelerazzjoni gravitazzjonali tal-antimaterja. L-antimatterja taċċellera fil-preżenza ta' kamp gravitazzjonali fuq il-wiċċ tad-Dinja b'+9,8 m/s2 (l isfel), -9,8 m/s2 (fuq), 0 m/s2 (l-ebda aċċelerazzjoni gravitazzjonali), jew xi valur ieħor? Din l-aħħar possibbiltà tirrevoluzzjona l-fiżika. L-apparat żgħir ALPHA-g jista ', minbarra li jipprova l-eżistenza ta' "antigravità," iwassalna fit-triq li twassal għall-akbar sigrieti tal-Univers.

Fuq skala saħansitra iżgħar nippruvaw nistudjaw fenomeni ta' livell saħansitra aktar baxx. Fuq 60 biljun dawra kull sekonda jista 'jinbena minn xjenzati mill-Università ta' Purdue u universitajiet Ċiniżi. Skont l-awturi tal-esperiment f’dokument ippubblikat diversi xhur ilu f’Ittri ta’ Reviżjoni Fiżika, ħolqien li jdur malajr bħal dan jippermettilhom jifhmu aħjar sigrieti .

L-oġġett li jgħaddi mill-istess rotazzjoni estrema huwa nanopartiċella wiesgħa madwar 170 nanometru u twila 320 nanometru, li x-xjentisti sintetizzaw mis-silika. It-tim ta 'riċerka levivita oġġett fil-vakwu bl-użu ta' lejżer, li mbagħad imbuttat f'veloċità ta 'għażil. Il-pass li jmiss se jkun li jsiru esperimenti b'veloċitajiet ta 'rotazzjoni saħansitra ogħla, li se jippermettu studji preċiżi ta' teoriji fiżiċi bażiċi, inklużi forom eżotiċi ta 'frizzjoni fil-vakwu. Kif tistgħu taraw, m'għandekx bżonn tibni mili ta 'pajpijiet u ditekters ġganti biex tiffaċċja misteri fundamentali.

Fl-2009, ix-xjenzati rnexxielhom joħolqu tip speċjali ta 'toqba sewda fil-laboratorju li jassorbi l-ħoss. Minn dakinhar dawn ħoss  wrew utli bħala analogi fil-laboratorju ta' oġġett li jassorbi d-dawl. F'dokument ippubblikat fil-ġurnal Nature f'Lulju dan, riċerkaturi mill-Istitut tat-Teknoloġija Technion-Iżrael jiddeskrivu kif ħolqu toqba sewda sonika u kejlu t-temperatura tar-radjazzjoni Hawking tagħha. Dan il-kejl qabbel mat-temperatura mbassra minn Hawking. Għalhekk jidher li m'għandekx għalfejn tagħmel spedizzjoni lejn toqba sewda biex tesploraha.

Min jaf, moħbija f'dawn il-proġetti xjentifiċi li jidhru inqas effettivi, fi sforzi stretti tal-laboratorju u esperimenti ripetuti biex jiġu ttestjati teoriji żgħar u frammentati, huma t-tweġibiet għall-akbar mistoqsijiet. L-istorja tax-xjenza tgħallem li dan jista’ jiġri.