Серия новых опытов в яркой и наглядной форме продемонстрировала зрителям удивительные квантовые эффекты. Парящие без видимой поддержки предметы — можно ли придумать что-то лучшее для того, чтобы обычный человек мог «пощупать» квантовую физику?
Учёные из университета Тель-Авива (Tel Aviv University) поставили несколько экспериментов, проявивших необычные способности сверхпроводников – квантовый захват (quantum trapping) и квантовую левитацию. Физики исследовали, как ведут себя сверхпроводящие тела в магнитных полях в зависимости от ряда условий. И эта изначально научная работа породила любопытный прикладной проект Quantum levitation.
Исследователи создали на основе упомянутых феноменов увлекательный набор обучающих и познавательных наборов и показали их с 15 по 18 октября 2011 года в Балтиморе на выставке-конференции американской Ассоциации научно-технических центров (Association of Science-Technology Centers). Одна из целей ассоциации – знакомство в форме игры широкой публики с новейшими достижениями науки и вовлечение масс в обсуждение таких инноваций.
На первый взгляд, перед нами давным-давно виденные опыты с левитацией предметов, основанные на вытеснении магнитного поля сверхпроводником, то есть на эффекте Мейснера. Но на деле всё сложнее.
Если сверхпроводник достаточно тонкий, объясняют физики, магнитное поле в основном выталкивается из него так же, как и при эффекте Мейснера, но в некоторых отдельных точках оно пронзает материал насквозь, словно «маленькими квантовыми порциями». При этом возникает удивительная цепочка эффектов.
Израильтяне создали свои летающие диски из кристаллов сапфира (брались пластинки толщиной 0,5 миллиметра), покрытого слоем сверхпроводящей керамики (оксид иттрия бария меди — YBa2Cu3O7-x) толщиной около 1 микрометра. В сверхпроводящее состояние этот материал переходит при охлаждении ниже минус 185 °C, для чего используется жидкий азот. Весь диск упаковывается в пластик.
Когда этот диск попадает в поле от постоянного магнита, некоторые силовые линии проходят сквозь сверхпроводник – в этих местах возникают потоковые трубки (flux tubes). Внутри каждой такой трубки сверхпроводимость локально разрушается, несмотря на низкую температуру материала.
Сверхпроводник допускает существование таких трубок в своих самых «слабых» участках, где сверхпроводимость под действием поля разрушается легче, например на границах зёрен.
Однако любое движение сверхпроводника относительно силовых линий вызывает и смещение трубок. Чтобы это предотвратить, весь кусок материала остаётся запертым в воздухе – сдвигается вместе с источником удерживающего его поля.
В отличие от простой магнитной подвески (вспомнить хотя бы удивительный Levitron), работающей или на притяжение или на отталкивание в зависимости от полярности магнитов, квантовая левитация безразлична к взаимной ориентации силовых линий от магнита и силы тяжести: как ни крути связку магнит-сверхпроводник, они остаются неразлучными, сохраняют исходное взаимное расположение и заданный зазор.
На этом принципе физики построили ряд обучающих комплектов: наборы для демонстрации квантового захвата, демонстратор «квантового подшипника», работающий без трения, прямолинейные рельсы, вдоль которых может скользить летающий диск, и, наконец, закольцованную магнитную железную дорогу.
Последние две игрушки работают потому, что явление захвата зависит среди прочего и от соотношения размера диска и магнита. При правильном «рисунке» из магнитиков сверхпроводящий диск, который толкнули рукой, перескакивает от одного магнита к другому, не падая на пол.
Напоследок добавим, что эксперименты израильтян в лаборатории, а не на выставке в чём-то оказались даже эффектнее. Им удалось добиться от пары диск-магнит заметно большего зазора при сохранении явления захвата.
В другом эксперименте сразу два диска летали на разной высоте над одной и той же «дорогой» в противоположных направлениях, не теряя связи с магнитами и не мешая друг другу. На всё это действительно стоит посмотреть поближе.
А вот и ссылка ) в том-то и суть эффекта — где оставили — там и висит, нет определенной точки баланса сил.
Вихревые нити магнитное «поля» (как результирующего вращения поверх этих вихревых нитей) местами проходят, местами создают лишь в поверхностном слое и дальше не идут, разрушаются, создавая давление, отталкивающее диск сверхпроводника.
Но те, что прошли создают магнитное «поле» с другой стороны и достраивают в среде недостающие вихревые нити, которые впиваются в сверх проводник на определенную глубину и дальше так же разружаются, создавая давление, давящее на диск уже с другой стороны.
Остаётся лучше понять роль температуры для возникновение сверхпроводимости (как разрежение в среде) и влияние потоков гравитации на поляризацию сверхпроводника...
Роль температуры, в общем-то, понятна из теории Бардина-Купера-Шриффера. Но там дано объяснение для низкотемпературных сверхпроводников. А вот для высокотемпературных законченной теории нет.
Что такое поляризация сверхпроводника?
-Действительно, Роман, надо было не прогуливать лекции, на которых изучалась библиография нашего всё, и гиганта мысли Сергея Асташкина. Стыдно должно быть, идите сдайте диплом. ;)
«…А вот про сверхпроводимость органических соединений я писал в 1968 г...»
— Да я уж обрадовался, что Сергей оставил хоть не большое не паханое поле для будущих поколений учёных, ан нет, и это застолбил. ;)
Магнитик «у вас» летает, при этом когда руку убирают — трясётся немного, словно устраиваясь поудобнее. Да, он позволяет себя сместить немного, немного наклоняется, но не повернуть на ребро по отношению к куску сверхпроводника внизу. То есть ориентация магнитных линий важна. А сверхпроводник в чашке — такой здоровый кусок. В общем — это чистый «Мейснер».
Израильтяне же говорят о более хитрой вариации эффекта. Не зря они запускают сверхпроводник, не зря это очень тонкий диск. И он позволяет себя наклонять как угодно (пересмотрите оба видео в статье), и не зря он не трясётся после того, как его с усилием сместили вбок или наклонили, он замирает тут же, как пропадает контакт с рукой. (хотя при перевороте самой опоры чуть колышется да.)
И покажите где ещё запускали два сверхпроводника над одним магнитом сразу, так чтобы они произвольно передвигались _в разные_ стороны, не мешая один другому.
Так что по поводу «вот таких роликов на ютубе — сколько угодно» — пока не соглашусь.
Ну и контрольный выстрел — когда в конце магнит поднимается, а за ним в том же положении поднимается сверхпроводник. Какой же тут мейсснер?
В моём представлении магнитное «поле» — это «поле» вращения.
Постоянные магниты создают его маленькими вращающимися потоками — нитями вихревыми. «Кружочки обведенные кругом.»
«Разрушение» имеется ввиду разрушение вращения. А т.к. вращение упорядочивает колебания частиц, снижая давление, то после разрушения вращения давление возрастает в месте разрушения, отталкивая другие частицы в разные стороны. Сверхпроводник, своими внутренними вихрями разрушающий это вращение (это делают спаренные вихри- «электроны», или что там, мне пока не совсем ясно), отталкивается вверх. Но если тоже самое происходит с другой стороны, то происходит прижатие. Фиксация положения.
«Поляризация сверхпроводника гравитацией»
ru.wikipedia.org/wiki/%CF%EE%EB%FF%F0%E8%E7%E0%F6%E8%FF_%FD%EB%E5%EA%F2%F0%EE%EC%E0%E3%ED%E8%F2%ED%FB%F5_%E2%EE%EB%ED
Имеется ввиду проявление гравитации как «электростатики».
Спасибо, вы многое прояснили для меня и читателей.
Открытие материалов переходящих в сверхпроводимость при комнатной температуре будет революцией во многих отраслях.
Вот! Только что хотел то же самое написать! ))
Да нет, вы что, это дешевая реклама чтобы денег поднять, какая это наука?! Вот соберут они с сотню таких квантовых паровозиков и будут продавать детишкам богатых! Вот так вот…. А еще они конечно же «опять евреи»
Если что, с моей стороны это был сарказм.
На летающую овсяную печеньку похоже))
Может можно усилить эффект?
Но в общем механизм происхождения магнитной левитации, это реактивное взаимодействие потоков эфира излучаемых магнитами и их способность взаимодействовать с этими потоками.
Сверх проводимость тут способствует возникновению более мощных электротоков которые и являются причиной излучения
эфирных потоков из магнитов. То есть механизм все того же взаимодействия давления быстрых мельчайших фрагментов эфирных потоков по вектору своего движения(классическая механика) только на уровне микромира. И осложняется поляризацией фрагментов, то есть какие-то имеют левый спин, какие-то правый.
Процесс образования более непрерывен чем разлив чугуна и подача света для народного хозяйства. Посему только после того как наладят работу нового Политехнического музея ( с теми же выстовочными площадями с тем же числом посещений и так же близко от Метро) когда они оба годик поработают и потихоничку эксонаты перевезут, «старый политех» можно будет закрыть на реконструкцию!!
Эх, старик Перельман (который Яков) порадовался бы, сказал бы «Это для Дома занимательной науки нужно взять непременно».
Электромагнитная левитация сверхпроводника — действительно видел, на публике появилась лет через 20-30. Еще ТМ ее муссировала;
А вот квантовую левитацию, да еще с каналами фиксации — как если бы предмет был закреплен на опоре — вижу впервые. Наверно, стал совсем темным. Ну вот нигде не видел — дайте ссылку, хотяб на теорию этого дела посмотреть?