Израильтяне удивили публику квантовой левитацией

Израильские учёные использовали некую модификацию известного ранее явления, чтобы получить очень зрелищные эффекты (фото Guy Deutscher, Boaz Almog/ Superconductivity group, Tel Aviv University).

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.

При квантовом захвате, в отличие от обычного парения магнитов над сверхпроводником (или наоборот), висящее тело можно сдвинуть, наклонить, сместить ниже или выше по желанию. И после того как экспериментатор убрал руку, предмет «запомнит» новое положение (фотографии Guy Deutscher, Boaz Almog/ Superconductivity group, Tel Aviv University).

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.

В модификации «железная дорога» сверхпроводящий диск охотно бегает как над полотном, так и под ним. Аналогично в опыте со статичной подвеской корпус с магнитом можно как угодно наклонять и переворачивать (фотографии Guy Deutscher, Boaz Almog/ Superconductivity group, Tel Aviv University).

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.

Формирование потоковых трубок, которые запирают сверхпроводник в том положении относительно магнитов, в котором его оставили (иллюстрация Guy Deutscher, Boaz Almog/ Superconductivity group, Tel Aviv University).

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.

Создавая свои игрушки для музеев и выставок, физики заодно поставили рекорд по подъёму левитирующего тела на основе сверхпроводимости – более четырёх сантиметров (кадр Guy Deutscher, Boaz Almog/ Superconductivity group, Tel Aviv University).

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.

Подбирая число, размер и расположение магнитов и сверхпроводников, можно получить и «монорельс», и подшипник, удерживающие парящие тела над собой, но при этом позволяющие им смещаться вдоль трассы или вращаться вокруг оси (фотографии Guy Deutscher, Boaz Almog/ Superconductivity group, Tel Aviv University).

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.



Учёные обнаружили новый феномен квантового мира

1 августа 2011

В России открылся квантовый центр международного уровня

21 июля 2011

Самое точное измерение не выявило зернистости пространства

4 июля 2011

Физики впервые зарегистрировали динамический эффект Казимира

6 июня 2011

Учёные впервые визуализировали квантовую запутанность

29 апреля 2011
  • Ильшат Тагиев  21 октября, 12:56
    Что нового-то в этом?
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  21 октября, 14:02
    Когда показывают опыт типа «гроб Магомета», подвешивают магнитик над большим куском сверхпроводника. И висит он в определённой точке, где достигается баланс сил. Здесь же висит сверхпроводник, причём очень тонкий диск, над магнитом. И висит «как душе угодно», позволяет себя сдвигать рукой и застывает ровно там, где его оставили. Внимание вопрос: если вы видели такое раньше — ссылку в студию, плиз.
    ОтветитьНравится
  • Роман Сурков  21 октября, 14:27
    Да Асташкин это уже давно придумал. У него весь подвал дисками забит.
    ОтветитьНравится
  • Владимир Винецкий  21 октября, 17:24
    http://youtu.be/4VGACLNfZ8s

    А вот и ссылка ) в том-то и суть эффекта — где оставили — там и висит, нет определенной точки баланса сил.

    ОтветитьНравится
  • Сергей Лучкин  21 октября, 18:20
    Владимир, +1. На ютубе таких видео масса. А ещё в течении нескольких лет группа из МАИ на выставках показывает это на примере железной дороги.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  21 октября, 18:26
    -- Это до меня придумали, но вы-то безграмотный,откуда вам знать .. А вот про сверхпроводимость органических соединений я писал в 1968 г...
    ОтветитьНравится
  • Ильшат Тагиев  21 октября, 18:28
    Да, действительно, есть над чем подумать.

    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...

    ОтветитьНравится
  • Сергей Лучкин  21 октября, 18:57
    Магнитные «линии» не разрушаются. Они либо проходят через сверхпроводник, либо обтекают его.
    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?
    ОтветитьНравится
  • Алексей Ромчак  21 октября, 19:05
    «-- Это до меня придумали, но вы-то безграмотный,откуда вам знать ..»
    -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. ;)
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  21 октября, 19:48
    Владимир Винецкий, Сергей Лучкин. По поводу вашего видео. Не уверен, что вы правы. Вот смотрите внимательнее.

    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.

    ОтветитьНравится
  • Сергей Лучкин  21 октября, 19:56
    Это одно и то же. Если бы был мейсснер, то магнит просто «скатился» бы вбок. Про это, кстати (про устойчивость) написано в шнобелевской статье Гейма. А тут как раз проникновение магнитного поля в сверхпроводник. Для этого и прикладывается усилие, чтобы втолкнуть магнит на такое расстояние от сверхпроводника, чтобы напряженность магнитного поля превысила критическую величину. Вот тогда и возникают флюксоиды. Наклюняется он, потому что один маленький магнит и маленький массивный сверхпроводник, поэтому вручную сложно попасть магнитным полем симметрично в сверхпроводник.
    Ну и контрольный выстрел — когда в конце магнит поднимается, а за ним в том же положении поднимается сверхпроводник. Какой же тут мейсснер?
    ОтветитьНравится
  • Сергей Лучкин  21 октября, 19:59
    По поводу поворотов — тоже самое. Просто там сверхпроводник тоньше и легче, поэтому его поворачивать проще. А не трясется он после этого потому, что слишком лёгкий и площадь большая, т.е. намного больше флюксоидов на единицу массы. Вот и вся разница.
    ОтветитьНравится
  • Ильшат Тагиев  21 октября, 20:01
    Сергей Лучкин,

    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».

    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  21 октября, 21:13
    Сергей Лучкин — "По поводу поворотов — тоже самое. "

    Спасибо, вы многое прояснили для меня и читателей.

    ОтветитьНравится
  • Геннадий Кожемяко  22 октября, 03:03
    Новое в том, что использован тонкий слой свехпроводника, отсюда и новые эффекы- токи эл. вихревые в тонком слое ведут себя как ( по простому) раскученное колесо, со своими моментами инерции и тд. (грубо но зримо), при этом, в случае изменения напряженности магнитного (внешнего) поля запасенный (движением руки) вихревой ток в сверхпроводнике сопротивляется каким либо изменнениям...
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  22 октября, 09:49
    видел давным давно в программе очевидное невероятное, в свободном доступе не искал подробно, но если интересно напишИте им — там народ воспитанный наверняка ответят — именно то что таблетка не падала при переворачивании — именно это вызывала теплые улыбки на лице Петра Леонидовича и его собеседника и фразы — даа — эффект Мейснера. ( фамилию эту тогда каюсь не запомнил).
    ОтветитьНравится
  • Александр Бергий  21 октября, 13:04
    Нового наверное нет, но зато многие узнали о таком эффекте. Будет меньше рассуждений на тему распила бюджета учеными.
    Открытие материалов переходящих в сверхпроводимость при комнатной температуре будет революцией во многих отраслях.
    ОтветитьНравится
  • Антон Хорюков  21 октября, 13:29
    «Открытие материалов переходящих в сверхпроводимость при комнатной температуре будет революцией во многих отраслях.»
    Вот! Только что хотел то же самое написать! ))
    ОтветитьНравится
  • Илья Киселев  21 октября, 13:55
    @Александр Б Какой распил?
    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»
    ОтветитьНравится
  • Евгений Храмцов  21 октября, 15:39
    Революция будет намного раньше. Когда получат сверхпроводник при -40.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  21 октября, 16:19
    Александр, опыт показывает, что о распиле публика рассуждает всегда, что бы ни написать.
    ОтветитьНравится
  • Илья Киселев  21 октября, 17:08
    @Леонид П.
    Если что, с моей стороны это был сарказм.
    ОтветитьНравится
  • Ольга Добрая  21 октября, 13:31
    летающий пирожок :-)
    ОтветитьНравится
  • Илья Киселев  21 октября, 13:56
    @Ольга
    На летающую овсяную печеньку похоже))
    ОтветитьНравится
  • Ульяна Дорошенко  21 октября, 14:37
    От летающего пирожка, до рукотворного НЛО остался один шаг. Надеюсь...
    ОтветитьНравится
  • Алексей Варежкин  21 октября, 14:16
    Очень много нового- на архимеде- года два назад был вагончик летающий со сверхпроводником летаюший над магнитной дорожкой, но он летал только на одной высоте, а здесь на любой ,причем устанавливать можно и под углом и тем более два друг над другом- если бы просто видео привели подумал бы что просто монтаж, так как объяснить не зная подоплеки подобное поведение невозможно
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  21 октября, 14:20
    Вот именно. Я думаю большинство критиков до этого момента во втором видео просто не досидели, поспешили комментарии выкладывать. А если такое кто-то показывал — я и прошу — укажите ссылку.
    ОтветитьНравится
  • Николай Рейм  21 октября, 16:17
    А интересно магнитное поле планеты, можно использовать в таких опытах?
    ОтветитьНравится
  • Сергей Лучкин  21 октября, 18:28
    Нет. Для проникновения в сверхпроводник флюксоидов необходимо создать определённую величину напряженности магнитного поля. Иначе сверхпроводник будет просто выталкиваться. Хотя чисто теоретически можно такое предположить, потому что при температуре, близкой к критической, критическое магнитное поле тоже становится низким. Но в этом случае каких-либо заметных эффектов не будет.
    ОтветитьНравится
  • Игорь Ветров  21 октября, 16:49
    Теоретически силовые линии магнитного поля земли действуют параллельно поверхности. Чтобы запарить в воздухе надо поближе к магнитным полюсам переместится. А там холодно и пингвины работать не дадут.
    ОтветитьНравится
  • Николай Рейм  21 октября, 17:25
    Судя по видео можно и на экваторе, перпендикулярно поверхности земли поставить вопрос хватит ли напряженности магнитного поля.
    Может можно усилить эффект?
    ОтветитьНравится
  • Игорь Ветров  21 октября, 17:45
    Напряженности магнитного поля земли хватает даже, чтобы стрелку компаса строить. Но на экваторе силы магнитного поля параллельны земле. Каким это образом они будут противодействовать силе тяжести? Силовые линии перпендикулярны поверхности только на полюсах. Обратите внимание на коммент выше, от Евгения Храмцова про -40С.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Лучкин  21 октября, 19:01
    Для компаса хватает, а для существующих сверхпроводников нет.
    ОтветитьНравится
  • Игорь Ветров  22 октября, 03:27
    Плотность магнитного потока на полюсах выше чем на экваторе.
    ОтветитьНравится
  • Николай Рейм  24 октября, 10:43
    На видео образец крутят на 360 градусов, дело то в трубках которые его удерживают.
    ОтветитьНравится
  • Врэж Багратуни  22 октября, 00:59
    Поразительное зрелище!
    ОтветитьНравится
  • Александр Лалетин  22 октября, 01:38
    Некоторые полагают, что если все на свете начать называть квантовым, то это будет доказывать правоту квантовой ереси. Магнитное поле такое же квантовое как и картофельное.
    ОтветитьНравится
  • Максим Резенов  24 октября, 10:21
    Александр, обясните пожалуйста этот эффект с точки зрения вашей теории.
    ОтветитьНравится
  • Александр Лалетин  24 октября, 13:57
    Детально конечно же не смогу потому что для выяснения всех тонкостей предстоит еще большая работа с множеством экспериментов на основании положения, что магнитные поля есть результат аномалий эфира производимых объектами, обладающими собственными излучениями потоков эфира.
    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.
    ОтветитьНравится
  • Александр Лалетин  24 октября, 14:06
    Еще надо упомянуть, что давление оказывается гравитационным эфиром, а излучаемые фрагменты поляризованного эфира только являются формирующей и направляющей силой потоков гравитационного эфира. Вот теперь и представьте сколько надо в этом разбираться что бы объяснить на пальцах, а вы хотите что бы я вам сразу объяснил, без компьютерных анимаций, моделей и прочих наглядных исследований, нет, тут еще потрудиться надо большому и толковому коллективу.
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  22 октября, 09:58
    Ежели бы эти горе демонтраторы приложили хоть гран творчества — они бы могли поместить сверх охлажденный диск в термос какой никакой а струю испаряющегося азота использовать как дополнительный реактивный двигатель из горлышка термоса. — для вращения перемещения — а если изловчиться диск в вакуум, то и охлаждать можно было бы за счет батарйки или встроенной катушки за счет термоэлектрического эффекта — без жидкого азоту. Тогда была бы действительно демонстрационная установка не требующая ничего кроме электро разетки без жидкого азоту.
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  22 октября, 10:05
    « и как бы между прочим, сказала не в попад»
    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!!
    ОтветитьНравится
  • Алексей Худяков  22 октября, 11:56
    Этому опыту «сто лет в обед». На ютубе таких видео полно. В том числе проводимых и нашими учеными. У израильтян как всегда пиар на весь мир.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  22 октября, 16:14
    Так пиар не недостаток, а достоинство. Можно делать кучу опытов, на которые особо никто не взглянет, а можно обставить всё так, чтобы про тебя написали десятки ресурсов по всему миру, от bbc до physics world. Донести до публики эффекты и явления в самой яркой форме — это надо уметь.
    Эх, старик Перельман (который Яков) порадовался бы, сказал бы «Это для Дома занимательной науки нужно взять непременно».
    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  22 октября, 18:14
    Дом занимательной науки... А политех закроют?!
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  22 октября, 19:22
    -- Так СМИ — ими куплено ..уже давно...
    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  22 октября, 23:49
    Электромагнитная левитация — действительно обычное дело, еще в Доме пионеров на Ленинских горах смотрел в 61 году;
    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?
    ОтветитьНравится
  • Ольга Добрая  25 октября, 20:09
    прально говорите...кто успел тот и съел. Вон микрософт с эпплом — все время друг у друга воровали. :-)
    ОтветитьНравится
  • Алексей Ромчак  25 октября, 20:25
    Да не только друг у друга, даже не столько ;)
    ОтветитьНравится
  • Об чем спор? В заметке написано, что это показно 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. Цель демонстрации была именно такая знакомить публику с научными достижениями. Это что плохо?
    ОтветитьНравится
  • Александр Давронов  24 октября, 22:00
    Интересный «девайс». Применить бы его на деле.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  28 октября, 15:55
    -- Только причём здесь квантовая и левитация.. то что известно уже 50 лет.. соревнуются с Чубайсом..
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  28 октября, 16:08
    Это левитация, и это квантовое явление. А вообще-то «во всём виноват Чубайс», знаем, знаем :)
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  31 октября, 16:50
    Мда... Нужно отдать должное: умеют буржуи сделать наглядно, красиво и увлекательно (вспомнить хотя бы промо последней шнобелевки с лазером)... Будем у них учится.
    ОтветитьНравится