İlk kez insanlar oda sıcaklığında "sıvı ışık" yarattı! Bilim adamları, maddenin beşinci durumunda başka bir atılım yaptı
Işık su gibi sıvı hale gelirse ona ne olur? Bu bir beyin deliği değil. Son zamanlarda bilim adamları İlk kez oda sıcaklığında sıvı ışık üretmek için , Işık aksın, eğilsin ve su gibi bir nesneyi çevrelsin.
Şekil | Sanatçının sıvı ışığın hayali animasyonu
Bu buluş, İtalya'daki CNR Nanoteknoloji Enstitüsü ve Kanada'daki Montreal Teknoloji Enstitüsü'nden araştırmacılar tarafından ortaklaşa tamamlandı. İlgili makale 5 Haziran'da "Doğa · Fizik" te yayınlandı. Araştırmanın başarılı bir şekilde uygulanması Kuantum hidrodinamiği Daha fazla gelişme yolu açtı, Ayrıca, oda sıcaklığında süper iletkenliğin ve yeni elektronik bileşenlerin gerçekleştirilmesi için ilham verebilir.
Şekil Yukarıdaki resim genel bir sıvının bir engele çarpma tepkisini gösterir; aşağıdaki resim sıvı ışığın bir engele çarpma tepkisini gösterir.
Aslında, belirli belirli koşullar altında, ışık gerçekten bir sıvı haline gelebilir ve bir süper sıvı haline gelebilir.Ancak, bu etkiyi elde etmek için çok sert koşullar gerekir, çünkü sıvı ışık, Bose-Einstein yoğunlaşması - bu yoğunlaştırılmış duruma "maddenin beşinci hali" de denir (Maddenin altı hali vardır, diğer beşi gaz, sıvı, katı, plazma ve fermiyon yoğunlaştırılmış halidir). Normal koşullar altında, benzer madde durumları yalnızca mutlak sıfıra yakın düşük sıcaklıklarda (eksi 273 santigrat derece) ortaya çıkabilir.
Ekibin baş bilim adamı ve İtalya'daki CNR Nanoteknoloji Enstitüsü'nden Daniele Sanvitto şunları söyledi: "Bu çalışmadaki en alışılmadık şey, süperakışkan olaylarının oda sıcaklığında ortam koşullarında da elde edilebileceğini kanıtlamış olmamızdır."
Şekil Daniele Sanvitto ve Stéphane Kéna-Cohen projesinin iki lideri
Araştırma ekibinin başka bir başkanı olan Stéphane Kéna-Cohen, sıvı ışığın daha dramatik bir etkisini anlattı: Sıradan sıvıların aksine, sıvı ışık, herhangi bir dalgalanma veya girdap olmadan, yalnızca engellerle karşılaşıldığında sorunsuz bir şekilde dolaşacaktır. Davranmak Sıfır sürtünme ile Sıfır yapışkanlık Bu iki özellik.
Şekil Enerjinin artmasıyla sıvı, maddeden geçerken kademeli olarak süperakışkan hale gelir. Dört grup karşılaştırma diyagramı elektromanyetik polaronların dağılımını, yoğunluğunu, momentumunu ve yoğunluğunu tanımlar.
Sıvı ışık hazırlama yönteminin metal süperiletkenliği gerçekleştirme yöntemine benzer olduğunu görmek zor değildir: Her ikisi de yalnızca çok düşük sıcaklık koşullarında gözlemlenebilir ve süresi çok kısadır.
Şekil Deneyin optik kurulumu, iki lens arasında çok ince bir organik moleküler tabaka var
Peki, bu sefer bilim adamı Oda sıcaklığında sıvı ışık nasıl yapılır? Stéphane Kéna-Cohen'e göre, bu hedefe ulaşmak için 130 nanometre kalınlığında bir organik molekül dilimini, sandviç benzeri bir yapı oluşturmak için iki yüksek yansıtıcı lens arasına yerleştirdiler.
Ardından, araştırmacılar sistemi 35 femtosaniyelik bir periyotta lazer darbeleriyle bombardıman ederek fotonların lensler arasında ileri geri sıçramasına neden oldu. Bu süreçte, Fotonlar, aralarındaki organik moleküllerle hızla iç içe geçti. Böylece, ışığın ve maddenin ikili özelliklerine sahip bir tür sıvı ışık oluşturur. Kısacası, organik moleküllerdeki fotonlar ve elektronlar sıvı ışık oluşturmak için birleşirler.
Şekil Polariton
Bu deneydeki bağlantı gövdesine Polariton, Yarı parçacıktır. Elektromanyetik dalgalar arasındaki güçlü bağlantıdan ve elektrik veya manyetik dipollerle uyarılmadan doğar. . Basitçe ifade etmek gerekirse, polariton oluşumu aynı zamanda bir Uyarılmış foton .
Polariton-süperakışkan kavramı ilk olarak 2007 yılında önerildi ve o zamanki araştırmacılar bu tür süperakışkanların en büyük özelliklerinden birinin oda sıcaklığında gerçekleştirilebileceği hipotezini öne sürdüler.
Şekil Süper akışkan durumunun oluşumunu yansıtan düşük enerjili ve yüksek enerjili diğer ölçüm görüntülemelerinin karşılaştırılması
Bu atılım, gelecekteki akademik araştırmalar ve pratik uygulamalar üzerinde büyük bir etkiye sahip olacaktır. Akademik araştırmada, bilim adamlarına izin vermenin yanı sıra Oda sıcaklığında ve Bose-Einstein yoğunlaşmasında araştırma İlgili temel fenomenler, sıvı ışık da olabilir Kuantum hidrodinamiği Daha iyi araştırma nesneleri sağlayın.
Pratik faydasına gelince, Stéphane Kéna-Cohen şunları söyledi: "Bu sonuç sadece Bose-Einstein yoğuşmasının temel özelliklerini göstermekle kalmaz, aynı zamanda geleceği tasarlamamız için bize ilham verir. Fotonik süperakışkan cihaz , Bu cihazların sıfır enerji kaybına ulaşması muhtemeldir. "
Daha önceleri, deneysel prensibe benzer süperiletkenlerin araştırılmasında, sıfıra yakın dirençli malzemelerin üretimi genellikle katı aşırı dondurma işlemi gerektiriyordu. Gibi Bu sıvı ışık hazırlama yöntemini kullanarak mühendisler, lazer, ışık yayan diyotlar, güneş panelleri ve fotovoltaik hücreler gibi oda sıcaklığında daha verimli süper iletken malzeme ekipmanı üretebilir ve bu cihazlardan büyük ölçüde kaçınılabilir. Engellerle fotonun temasından kaynaklanan enerji kaybı.
-Daha fazla okuma:
Bose-Einstein yoğunlaşması
Son yıllarda bilim adamları giderek daha fazla türde yeni madde ürettiler ve hazırlama yöntemleri sürekli olarak rutinleştirmeye doğru ilerliyor. Önceki metalik hidrojen, zaman kristali, negatif kütle süperakışkan veya bu sefer sıvı ışık olsun, Bu hayali keşiflerin tümü, aşırı koşullar altında maddenin garip halini kullanır.
Bunların arasında, yukarıda bahsedilen Bose-Einstein yoğunlaştırılmış durumu bunlardan biridir ve bu yoğunlaştırılmış duruma "maddenin beşinci hali" de denir. (Maddenin altı hali vardır, diğer beşi gaz, sıvı, katı, plazma ve fermiyon yoğunlaştırılmış halidir) Klasik fizik yerine kuantum mekaniğine uygunluk da bu araştırmanın en önemli teorik dayanağıdır.
Şekil 1953, Satyandra Nat Bose Einstein'ın bir fotoğrafına bakıyor
80 yıl önce, Einstein ve Hintli fizikçi Bose, bu maddenin varlığını kuantum mekaniğine dayanarak tahmin ettiler. Einstein, tuhaf doğası nedeniyle teorisinden bile şüphe ediyordu.
Maddenin bu hali 1938'deki deneyde ortaya çıktı, Bilim adamları 2.17K sıcaklıkta helyum izotoplarını keşfettiler ve helyum-4 aniden normal bir sıvıdan sıfır viskoziteye sahip bir süper sıvıya dönüştü. Bununla birlikte, insanlar henüz süperakışkanlık fenomenini Einstein'ın teorisine bağlamamıştı.
Colorado Üniversitesi'nden Eric Cornell ve Carl Wieman, gerçek Bose-Einstein yoğunlaştırılmış maddesini 1995 yılına kadar üretti. Yaklaşık iki bin rubidyum atomlu bir polimer.
Bu atom yığınını soğutmak için iki bilim insanı da savaşmayı başardılar: İlk olarak, sıcaklığı zorla soğutmak için lazer teknolojisini kullandılar ve daha sonra daha sıcak atomları yavaş yavaş kesmek için manyetik bir alan kullandılar ve sonunda 100nK'ye (bir derecenin milyonda biri) indirdiler. )sıcaklık, Ancak araştırma sonuçları sonunda onlara 2001'de Nobel Ödülü kazandırdı.
Şekil 1995 deneyi: Rubidyum atomunu (yeşil alan) soğutmak için bir lazer (kırmızı ok) ve bir manyetik alan (mavi ok) kullanıldı ve sonunda Bose-Einstein yoğunlaşması yeşil alanda belirdi
Bu sefer normal sıcaklıktaki sıvı ışığının neredeyse uçtuğu görülebilir! Çok uzak olmayan bir gelecekte, maddenin bu halinin daha sihirli fiziksel özellikler göstermesini ve insanlığa beklenmedik yeni keşifler getirmeye devam etmesini bekliyoruz.
Büyülü süperakışkan fenomeni
Sıfır yapışkanlık, sıfır sürtünme, engellerle karşılaşıldığında kırışıklık yok ... Sıvı ışık neden bu inanılmaz niteliklere sahip? Bu aranmalı Süperakışkan Özel fenomenden bahsetmişken.
Süperakışkan fenomeni Aşırı sıvı veya gaz koşulları altında sergileyin Sıfır viskozite olgusu . Akış sırasında çevreye sürtünme kuvveti oluşturmadığı için mekanik enerji kaybı da sıfırdır.Süper akışkanı dairesel bir kaba koyarsak, Sürtünme olmadığı için sonsuzca akabilir . Bu özelliği sergileyen maddeye süperakışkan denir.Bu sefer üretilen sıvı ışık, süperakışkan haldeki ışıktır.
Şekil Gördüğünüz gibi, süper akışkan engelin içinden geçtiğinde herhangi bir dalga üretmez
Süperakışkan Genellikle yalnızca mutlak sıfıra yakın aşırı ortamlarda bulunur , Çoğu süper akışkan fenomeni Bose-Einstein yoğunlaşmasının düzenlemesi olduğundan, partikül polimeri belirli bir dereceye kadar soğutulduğunda En düşük enerji durumu yoğunlaşması , Adresindeler Dalga-parçacık ikiliğine dayanan yarı kuantum hali Yani fermiyonlar bozonlar gibi küçük bir alanda yoğunlaşabilir.
Herkesin anlamasını kolaylaştırmak için çok soğukken bir grup parçacık birbirine sarılır. Birbirlerine sarıldıktan sonra, sanki birçok küçük su damlası büyük bir havuza dönüşüyormuş gibi, siz ve benden bağımsız olarak birbirlerinin üzerine geliyorlar. Böylece, Oldukça uyumlu kuantum doğası nedeniyle, akış sırasında sürtünme ve viskozitenin kaybolması şaşırtıcı değildir. .
Süperakışkanlık, Bose-Einstein yoğunlaşmasının bir tezahürüdür , Ancak tüm süper akışkanlar Bose-Einstein yoğunlaşmasında bulunmaz. Buna karşılık gelen Fermiyon yoğunlaştırılmış madde, süperiletkenlerin teorik tanımına uygun Ama Bay DT artık burada konuşmaya devam etmeyecek.
Kendiniz hissedin.
