Gəlin öz işimizi görək, bəlkə inqilab olar

Böyük kəşflər, cəsarətli nəzəriyyələr, elmi nailiyyətlər. Media adətən şişirdilmiş bu cür ifadələrlə doludur. Haradasa "böyük fizikanın", LHC-nin, fundamental kosmoloji sualların və Standart Modelə qarşı mübarizənin kölgəsində olan zəhmətkeş tədqiqatçılar səssizcə öz işlərini görür, praktik tətbiqlər haqqında düşünür və biliklərimizin sahəsini addım-addım genişləndirirlər.

“Gəlin öz işimizi görək” şübhəsiz ki, termonüvə birləşməsinin inkişafında iştirak edən alimlərin şüarı ola bilər. Çünki böyük suallara verilən böyük cavablara baxmayaraq, bu proseslə bağlı praktiki, əhəmiyyətsiz görünən problemlərin həlli dünyanı inqilab etməyə qadirdir.

Ola bilsin ki, məsələn, kiçik miqyaslı nüvə sintezi etmək mümkün olacaq - masaya uyğun avadanlıqla. Vaşinqton Universitetinin alimləri aparatı keçən il hazırlayıblar Z-çimdik (1), 5 mikrosaniyə ərzində birləşmə reaksiyasını davam etdirməyə qadirdir, baxmayaraq ki, əsas təsir edici məlumat cəmi 1,5 m uzunluğunda olan reaktorun miniatürləşdirilməsi idi.Z-pinch plazmanı güclü maqnit sahəsində tutaraq və sıxaraq işləyir.

Çox təsirli deyil, lakin potensial olaraq son dərəcə vacibdir üçün səylər göstərir . ABŞ Enerji Departamentinin (DOE) 2018-ci ilin oktyabrında Physics of Plasmas jurnalında dərc edilmiş araşdırmasına görə, termofusion reaktorlar plazma salınımını idarə etmək qabiliyyətinə malikdir. Bu dalğalar yüksək enerjili hissəcikləri reaksiya zonasından kənara itələyir və birləşmə reaksiyası üçün lazım olan enerjinin bir hissəsini özləri ilə aparır. DOE-nin yeni araşdırması dalğanın əmələ gəlməsini izləyə və proqnozlaşdıra bilən mürəkkəb kompüter simulyasiyalarını təsvir edir, fiziklərə prosesin qarşısını almaq və hissəcikləri nəzarət altında saxlamaq imkanı verir. Alimlər ümid edirlər ki, onların işləri tikintiyə kömək edəcək İTER, bəlkə də Fransadakı ən məşhur eksperimental füzyon reaktoru layihəsi.

kimi nailiyyətlər də plazma temperaturu 100 milyon dərəcə SelsiKeçən ilin sonunda Çin Plazma Fizikası İnstitutunun Eksperimental Qabaqcıl Superkeçirici Tokamakda (EAST) bir qrup alimləri tərəfindən əldə edilən , səmərəli birləşməyə doğru addım-addım irəliləyişin nümunəsidir. Tədqiqatı şərh edən ekspertlərin fikrincə, bu, Çinin digər 35 ölkə ilə birlikdə iştirak etdiyi yuxarıda adı çəkilən ITER layihəsində əsas əhəmiyyət kəsb edə bilər.

Superkeçiricilər və elektronika

Böyük irəliləyişlər əvəzinə kiçik, əziyyətli addımların atıldığı böyük potensiala malik başqa bir sahə yüksək temperaturlu superkeçiricilərin axtarışıdır. (2). Təəssüf ki, çoxlu yanlış həyəcan siqnalları və vaxtından əvvəl narahatlıqlar var. Adətən mediada yayılan xəbərlər mübaliğə və ya sadəcə olaraq yalan olur. Hətta daha ciddi hesabatlarda da həmişə “amma” olur. Son hesabatda olduğu kimi, Çikaqo Universitetinin alimləri indiyə qədər qeydə alınan ən yüksək temperaturda elektrik cərəyanını itkisiz keçirmə qabiliyyəti olan superkeçiriciliyi kəşf ediblər. Arqon Milli Laboratoriyasında qabaqcıl texnologiyadan istifadə edərək, yerli alimlər qrupu -23°C-ə yaxın temperaturda superkeçiriciliyi müşahidə etdikləri material sinfini tədqiq ediblər. Bu, əvvəlki təsdiqlənmiş rekorddan təxminən 50 dərəcə sıçrayışdır.

2. Maqnit sahəsində superkeçirici

Tutmaq, lakin çox təzyiq tətbiq etmək lazımdır. Sınaq edilən materiallar hidridlər idi. Bir müddətdir ki, lantan perhidridi xüsusi maraq doğurur. Təcrübələrdə bu materialın son dərəcə nazik nümunələrinin 150 ilə 170 giqapaskal diapazonunda təzyiqlərin təsiri altında super keçiricilik nümayiş etdirdiyi aşkar edilmişdir. Nəticələr may ayında Nature jurnalında dərc edilib, həmmüəllifi Prof. Vitali Prokopenko və Eran Greenberg.

Bu materialların praktik tətbiqi haqqında düşünmək üçün təzyiqi və həmçinin temperaturu azaltmalı olacaqsınız, çünki -23 ° C-ə qədər belə çox praktik deyil. Onun üzərində işləmək tipik kiçik pilləli fizikadır, illərlə bütün dünyada laboratoriyalarda davam edir.

Eyni şey tətbiqi tədqiqatlara da aiddir. elektronikada maqnit hadisələri. Bu yaxınlarda yüksək həssas maqnit zondlarından istifadə edərək, beynəlxalq alimlər qrupu qeyri-maqnit oksidin nazik təbəqələrinin interfeysində meydana gələn maqnitizmin kiçik mexaniki qüvvələr tətbiq etməklə asanlıqla idarə oluna biləcəyinə dair təəccüblü sübutlar tapdı. Keçən ilin dekabrında Təbiət Fizikasında elan edilən kəşf, maqnitizmə nəzarət etməyin yeni və gözlənilməz bir yolunu göstərir, nəzəri olaraq daha sıx maqnit yaddaşı və spintronika haqqında düşünməyə imkan verir.

Bu kəşf bu gün artıq bir neçə onlarla nanometr ölçüsünə malik olan maqnit yaddaş hüceyrələrinin miniatürləşdirilməsi üçün yeni imkan yaradır, lakin məlum texnologiyalardan istifadə etməklə onların sonrakı miniatürləşdirilməsi çətindir. Oksid interfeysləri iki ölçülü keçiricilik və super keçiricilik kimi bir sıra maraqlı fiziki hadisələri birləşdirir. Maqnitizm vasitəsi ilə cərəyanın idarə edilməsi elektronikada çox perspektivli bir sahədir. Düzgün xassələrə malik, lakin əlverişli və ucuz materialların tapılması inkişafa ciddi yanaşmağa imkan verəcəkdir spintronik.

həm də yorucudur elektronikada tullantıların istilik nəzarəti. UC Berkeley mühəndisləri bu yaxınlarda bu tip texnologiyada heç vaxt görünməmiş səviyyələrdə enerji yaratmaq üçün tullantı istiliyi bərpa etmək üçün istifadə edilə bilən nazik təbəqəli material (film qalınlığı 50-100 nanometr) inkişaf etdirdilər. O, piroelektrik enerjinin çevrilməsi adlı prosesdən istifadə edir ki, yeni mühəndislik tədqiqatları 100°C-dən aşağı istilik mənbələrində istifadə üçün yaxşı uyğun olduğunu göstərir. Bu, bu sahədə aparılan tədqiqatların son nümunələrindən yalnız biridir. Dünyada elektronikada enerjinin idarə edilməsi ilə bağlı yüzlərlə, hətta minlərlə tədqiqat proqramı var.

"Niyəsini bilmirəm, amma işləyir"

Yeni materiallar, onların faza keçidləri və topoloji hadisələrlə təcrübə aparmaq çox perspektivli tədqiqat sahəsidir, o qədər də səmərəli deyil, çətin və nadir hallarda media üçün cəlbedicidir. Bu, fizika sahəsində ən çox istinad edilən tədqiqatlardan biridir, baxmayaraq ki, sözdə mediada çoxlu reklamlar almışdır. onlar adətən qalib gəlmirlər.

Materiallarda faza çevrilmələri ilə aparılan təcrübələr, məsələn, bəzən gözlənilməz nəticələr verir metal əritmə yüksək ərimə nöqtələri ilə otaq temperaturu. Buna misal olaraq, elektrik sahəsi və elektron mikroskopdan istifadə edərək, adətən otaq temperaturunda 1064°C-də əriyən qızıl nümunələrinin əridilməsi üzrə son nailiyyətləri göstərmək olar. Bu dəyişiklik geri qaytarıla bilərdi, çünki elektrik sahəsini söndürmək qızılı yenidən bərkidə bilər. Beləliklə, elektrik sahəsi temperatur və təzyiqlə yanaşı, faza çevrilmələrinə təsir edən məlum amillərə qoşulmuşdur.

Faza dəyişiklikləri intensiv zamanı da müşahidə edildi lazer işığının impulsları. Bu fenomenin tədqiqinin nəticələri 2019-cu ilin yayında Nature Physics jurnalında dərc edilib. Buna nail olmaq üçün beynəlxalq komandaya Nuh Gedik rəhbərlik edirdi (3), Massaçusets Texnologiya İnstitutunun fizika professoru. Alimlər müəyyən ediblər ki, optik induksiyalı ərimə zamanı faza keçidi materialda topoloji qüsurlar kimi tanınan təkliklərin əmələ gəlməsi ilə baş verir ki, bu da öz növbəsində materialda yaranan elektron və qəfəs dinamikasına təsir göstərir. Bu topoloji qüsurlar, Gedikin öz nəşrində izah etdiyi kimi, su kimi mayelərdə meydana gələn kiçik burulğanların analoqudur.

Alimlər tədqiqatları üçün lantan və tellur LaTe birləşməsindən istifadə ediblər.₃. Tədqiqatçılar izah edirlər ki, növbəti addım onların “nəzarətli şəkildə bu qüsurları necə yarada biləcəklərini” müəyyən etməyə çalışmaq olacaq. Potensial olaraq, bu, məlumatların saxlanması üçün istifadə edilə bilər, burada işıq impulsları sistemdəki məlumat əməliyyatlarına uyğun gələn qüsurları yazmaq və ya təmir etmək üçün istifadə ediləcəkdir.

Biz ultrasürətli lazer impulslarına çatdığımız üçün onların bir çox maraqlı təcrübələrdə istifadəsi və praktikada potensial perspektivli tətbiqlər elmi hesabatlarda tez-tez rast gəlinən mövzudur. Məsələn, Roçester Universitetinin kimya və fizika professoru İqnasio Frankonun qrupu bu yaxınlarda ultrasürətli lazer impulslarının necə istifadə oluna biləcəyini göstərdi. maddənin xassələrini təhrif edir Oraz elektrik cərəyanı istehsalı indiyə qədər bizə məlum olan hər hansı bir texnikadan daha sürətli sürətlə. Tədqiqatçılar, saniyənin milyardda bir milyonda biri olan nazik şüşə filamentləri müalicə etdilər. Bir göz qırpımında şüşəvari material elektrik cərəyanını keçirən metal kimi bir şeyə çevrildi. Bu, tətbiq olunan gərginlik olmadıqda hər hansı məlum sistemdən daha sürətli baş verdi. Lazer şüasının xüsusiyyətlərini dəyişdirməklə axının istiqaməti və cərəyanın intensivliyi idarə oluna bilər. Və idarə oluna bildiyi üçün hər bir elektronika mühəndisi maraqla baxır.

Franko Nature Communications-da nəşr olunan bir nəşrdə izah etdi.

Bu hadisələrin fiziki təbiəti tam başa düşülmür. Franco özü belə mexanizmlərdən şübhələnir kəskin təsir, yəni işıq kvantlarının emissiya və ya udulmasının elektrik sahəsi ilə əlaqəsi. Bu hadisələr əsasında işləyən elektron sistemlər qurmaq mümkün olsaydı, mühəndislik seriyasının “Niyəsini bilmirik, amma işləyir” adlı başqa bir epizodumuz olardı.

Həssaslıq və kiçik ölçü

Giroskoplar nəqliyyat vasitələrinə, dronlara, eləcə də elektron kommunal xidmətlərə və portativ cihazlara üçölçülü məkanda naviqasiya etməyə kömək edən cihazlardır. İndi onlar hər gün istifadə etdiyimiz cihazlarda geniş istifadə olunur. Başlanğıcda giroskoplar hər biri öz oxu ətrafında fırlanan iç-içə təkərlər dəsti idi. Bu gün mobil telefonlarda iki eyni kütlə üzərində hərəkət edən, salınan və əks istiqamətdə hərəkət edən qüvvələrin dəyişməsini ölçən mikroelektromexaniki sensorlar (MEMS) tapırıq.

MEMS giroskoplarının əhəmiyyətli həssaslıq məhdudiyyətləri var. Deməli, tikilir optik giroskoplar, hərəkət edən hissələri olmayan, eyni vəzifələr üçün istifadə edən bir fenomen deyilir Sagnac effekti. Ancaq indiyə qədər onların miniatürləşdirilməsi problemi var idi. Mövcud olan ən kiçik yüksək performanslı optik giroskoplar stolüstü tennis topundan daha böyükdür və bir çox portativ proqramlar üçün uyğun deyil. Bununla belə, Caltech Texnologiya Universitetinin mühəndisləri Əli Hacımirinin rəhbərlik etdiyi yeni optik giroskop hazırlayıblar. beş yüz dəfə azdırindiyə qədər məlum olan4). "adlı yeni texnikadan istifadə etməklə həssaslığını artırır.qarşılıqlı möhkəmləndirmə» Tipik Sagnac interferometrində istifadə olunan iki işıq şüası arasında. Yeni cihaz keçən ilin noyabrında Nature Photonics-də dərc olunan məqalədə təsvir edilmişdir.

4. Əli Hacımiri və onun həmkarları tərəfindən hazırlanmış optik giroskop. 

Dəqiq optik giroskopun inkişafı smartfonların oriyentasiyasını xeyli yaxşılaşdıra bilər. Öz növbəsində o, Columbia Engineering alimləri tərəfindən tikilib. ilk düz lens Əlavə elementlərə ehtiyac olmadan eyni nöqtədə geniş rəng diapazonunu düzgün fokuslaya bilən mobil avadanlığın fotoqrafik imkanlarına təsir göstərə bilər. İnqilabi mikron nazik düz lens kağız vərəqindən əhəmiyyətli dərəcədə nazikdir və premium kompozit linzalarla müqayisə edilə bilən performans təmin edir. Tətbiqi fizika üzrə dosent Nanfang Yu-nun rəhbərlik etdiyi qrupun nəticələri “Nature” jurnalında dərc olunan araşdırmada təqdim olunub.

Alimlər düz linzalar düzəldiblər.metaatomlar". Hər bir metaatom işığın dalğa uzunluğunun bir hissəsidir və işıq dalğalarını fərqli miqdarda gecikdirir. İnsan saçı qədər qalın bir substrat üzərində çox nazik düz nanostruktur təbəqəsi quraraq, elm adamları daha qalın və daha ağır adi lens sistemi ilə eyni funksionallığa nail ola bildilər. Metalenses, düz ekranlı televizorların CRT televizorlarını əvəz etdiyi kimi, həcmli obyektiv sistemlərini əvəz edə bilər.

Başqa yollar varkən niyə böyük toqquşdurucu

Kiçik addımların fizikası da müxtəlif məna və mənalara malik ola bilər. Misal üçün - Bir çox fiziklərin etdiyi kimi dəhşətli dərəcədə böyük tipli strukturlar qurmaq və daha da böyüklərini tələb etməkdənsə, daha təvazökar alətlərlə böyük suallara cavab tapmağa cəhd etmək olar.

Əksər sürətləndiricilər elektrik və maqnit sahələri yaradaraq hissəcik şüalarını sürətləndirirlər. Ancaq bir müddət fərqli bir texnika ilə təcrübə etdi - plazma sürətləndiriciləri, elektron plazmasında yaranan dalğa ilə birləşən elektrik sahəsindən istifadə edərək elektronlar, pozitronlar və ionlar kimi yüklü hissəciklərin sürətlənməsi. Son vaxtlar onların yeni versiyası üzərində işləyirəm. CERN-də AWAKE komandası plazma dalğası yaratmaq üçün protonlardan (elektronlardan deyil) istifadə edir. Protonlara keçid tək bir sürətlənmə addımında hissəcikləri daha yüksək enerji səviyyələrinə çıxara bilər. Plazma oyanış sahəsinin sürətləndirilməsinin digər formaları eyni enerji səviyyəsinə çatmaq üçün bir neçə addım tələb edir. Alimlər hesab edirlər ki, onların proton əsaslı texnologiyası gələcəkdə daha kiçik, daha ucuz və daha güclü sürətləndiricilər yaratmağa imkan verə bilər.

5. DESY-dən iki mərhələli miniatür sürətləndirici - vizuallaşdırma

Öz növbəsində, DESY-nin (Deutsches Elektronen-Synchrotron - alman elektron sinxrotronunun qısaltması) alimləri iyul ayında hissəcik sürətləndiricilərinin miniatürləşdirilməsi sahəsində yeni rekorda imza atıblar. Terahertz sürətləndiricisi yeridilmiş elektronların enerjisini iki dəfədən çox artırdı (5). Eyni zamanda, quraşdırma bu texnika ilə əvvəlki təcrübələrlə müqayisədə elektron şüasının keyfiyyətini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırdı.

DESY-də ultrasürətli optika və rentgen qrupunun rəhbəri Franz Kärtner mətbuata açıqlamasında izah etdi. -

Əlaqədar cihaz maksimum intensivliyi hər metrə 200 milyon volt (MV/m) olan sürətləndirici sahə istehsal etdi - bu, ən güclü müasir adi sürətləndiriciyə bənzəyir.

Öz növbəsində, yeni, nisbətən kiçik bir detektor ALPHA-g (6), Kanadanın TRİUMF şirkəti tərəfindən tikilmiş və bu ilin əvvəlində CERN-ə göndərilmişdir. antimaddənin qravitasiya sürətini ölçün. Yer səthində qravitasiya sahəsinin mövcudluğunda antimaddə +9,8 m/s2 (aşağı), -9,8 m/s2 (yuxarı), 0 m/s2 (qravitasiya sürəti ümumiyyətlə yoxdur) sürətləndirirmi və ya bir qədər sürətlənir başqa dəyər? Sonuncu ehtimal fizikada inqilab edəcəkdi. Kiçik ALPHA-g aparatı "anti-cazibə"nin varlığını sübut etməklə yanaşı, bizi kainatın ən böyük sirlərinə aparan yola apara bilər.

Daha kiçik miqyasda biz daha da aşağı səviyyəli hadisələri öyrənməyə çalışırıq. Yuxarıda Saniyədə 60 milyard inqilab Purdue Universiteti və Çin universitetlərinin alimləri tərəfindən dizayn edilə bilər. Təcrübə müəlliflərinin bir neçə ay əvvəl Physical Review Letters jurnalında dərc olunmuş məqaləsində qeyd edirlər ki, belə sürətlə fırlanan yaradılış onlara daha yaxşı başa düşməyə imkan verəcək. sirləri .

Eyni həddindən artıq fırlanmada olan obyekt elm adamlarının silisiumdan sintez etdiyi təqribən 170 nanometr enində və 320 nanometr uzunluğunda nanohissəcikdir. Tədqiqat qrupu lazerdən istifadə edərək bir cismi vakuumda qaldırdı və sonra onu böyük sürətlə impuls etdi. Növbəti addım daha da yüksək fırlanma sürəti ilə eksperimentlərin aparılması olacaq ki, bu da vakuumda sürtünmənin ekzotik formaları da daxil olmaqla, əsas fiziki nəzəriyyələrin dəqiq tədqiqinə imkan verəcək. Gördüyünüz kimi, fundamental sirlərlə üzləşmək üçün kilometrlərlə borular və nəhəng detektorlar tikməyə ehtiyac yoxdur.

2009-cu ildə alimlər laboratoriyada səsi udan xüsusi növ qara dəlik yaratmağa nail olublar. O vaxtdan bunlar səs  işığı udan obyektin laboratoriya analoqları kimi faydalı olduğunu sübut etdi. Bu ilin iyul ayında Nature jurnalında dərc olunan məqalədə Technion İsrail Texnologiya İnstitutunun tədqiqatçıları səsli qara dəliyi necə yaratdıqlarını və onun Hawking radiasiya temperaturunu ölçdüklərini təsvir edirlər. Bu ölçülər Hokinqin proqnozlaşdırdığı temperatura uyğun idi. Beləliklə, görünür ki, qara dəliyi araşdırmaq üçün ona ekspedisiya etmək lazım deyil.

Kim bilir, daha az səmərəli görünən bu elmi layihələrdə, zəhmətli laboratoriya səylərində və kiçik, parçalanmış nəzəriyyələri sınaqdan keçirmək üçün təkrarlanan təcrübələrdə gizlədilən ən böyük sualların cavabıdır. Elm tarixi bunun baş verə biləcəyini öyrədir.