Déanaimis ár bpáirt agus b’fhéidir go dtiocfaidh réabhlóid amach

Fionnachtana iontacha, teoiricí dána, cinn eolaíocha. Tá na meáin lán den chineál seo foirmithe, áibhéil de ghnáth. Áit éigin i scáth na “fisice iontach,” an LHC, ceisteanna bunúsacha cosmeolaíochta, agus an comhrac in aghaidh an tSamhail Chaighdeánaigh, téann taighdeoirí dícheallach i mbun a ngnó go ciúin, ag smaoineamh ar fheidhmchláir phraiticiúla agus ag leathnú raon feidhme ár n-eolas céim ar chéim.

Is cinnte gurb é “Déanaimis ár rud” mana na n-eolaithe a bhfuil baint acu le comhleá teirmeannúicléach a fhorbairt. Mar, in ainneoin na bhfreagraí móra ar na ceisteanna móra, tá an chumhacht ag réiteach na bhfadhbanna praiticiúla, neamhshuntasacha a bhaineann leis an bpróiseas seo, an domhan a réabhlóidiú.

B'fhéidir, mar shampla, go mbeifear in ann comhleá núicléach ar scála beag a dhéanamh - le trealamh a luíonn ar an mbord. Thóg eolaithe in Ollscoil Washington an gléas anuraidh Z-pinch (1), atá in ann imoibriú comhleá a choinneáil ar feadh 5 microseconds, cé gurb é an príomhfhaisnéis iontach ná miniaturization an imoibreora, nach bhfuil ach 1,5 m ar fad Oibríonn an Z-pinch trí plasma a ghaistiú agus a chomhbhrú i réimse maighnéadach cumhachtach.

Níl sé an-éifeachtach, ach thar a bheith tábhachtach iarrachtaí le haghaidh . Tá an cumas ag imoibreoirí comhleá ascaluithe plasma a rialú, de réir taighde Roinn Fuinnimh na SA (DOE) a foilsíodh i mí Dheireadh Fómhair 2018 san iris Physics of Plasmas. Déanann na tonnta seo cáithníní ardfhuinnimh a bhrú amach as an gcrios imoibrithe, ag tabhairt leo cuid den fhuinneamh a theastaíonn don imoibriú comhleá. Déanann taighde nua de chuid na Roinne Fuinnimh cur síos ar insamhaltaí sofaisticiúla ríomhaire ar féidir leo foirmiú tonnta a rianú agus a thuar, rud a thugann an cumas d'fhisiceoirí an próiseas a chosc agus cáithníní a choinneáil faoi smacht. Tá súil ag eolaithe go gcuideoidh a gcuid oibre le tógáil ITER, b'fhéidir an tionscadal imoibreora comhleá turgnamhach is cáiliúla sa Fhrainc.

Chomh maith leis sin éachtaí mar teocht plasma 100 milliún céim Celsius, a fuarthas go déanach anuraidh ag foireann eolaithe ag Institiúid Fisice Plasma na Síne ag an Ard-Superconducting Tokamak Turgnamhach (EAST), sampla de dhul chun cinn céim ar chéim i dtreo comhleá éifeachtach. De réir na saineolaithe ag trácht ar an staidéar, d'fhéadfadh sé a bheith lárnach don tionscadal ITER thuasluaite, ina bhfuil an tSín rannpháirteach in éineacht le 35 tír eile.

Forsheoltóirí agus leictreonaic

Réimse eile a bhfuil acmhainneacht mhór ann, áit a bhfuil céimeanna measartha beaga, cúramacha in ionad cinn mhóra, ná cuardach a dhéanamh ar shársheoltóirí ardteochta. (2). Ar an drochuair, tá go leor aláraim bhréagacha agus imní roimh am. Go hiondúil, is áibhéil iad tuairiscí díograiseacha sna meáin chumarsáide nó go simplí níl siad fíor. Fiú i dtuairiscí níos tromchúisí bíonn “ach”. Mar a tharla i dtuarascáil le déanaí, d'aimsigh eolaithe in Ollscoil Chicago sársheoltacht, an cumas chun leictreachas a sheoladh gan chailliúint ag na teochtaí is airde a taifeadadh riamh. Ag baint úsáide as teicneolaíocht cheannródaíoch ag Saotharlann Náisiúnta Argonne, rinne foireann eolaithe áitiúla staidéar ar aicme ábhar inar chonaic siad forsheoltacht ag teochtaí timpeall -23°C. Léim é seo thart ar 50 céim ón taifead a deimhníodh roimhe seo.

2. Superconductor i réimse maighnéadach

Is é an ghabháil, áfach, ná go gcaithfidh tú go leor brú a chur i bhfeidhm. Ba iad na hábhair a tástáladh ná hidrídí. Tá spéis ar leith ag baint le peirhidríd Lanthanum le tamall anuas. Léirigh turgnaimh go léiríonn samplaí thar a bheith tanaí den ábhar seo sársheoltacht faoi bhrú sa raon 150 go 170 gigapascal. Foilsíodh na torthaí i mí na Bealtaine san iris Nature, comh-údar an Oll. Vitaly Prokopenko agus Eran Grinberg.

Chun smaoineamh ar chur i bhfeidhm praiticiúil na n-ábhar seo, beidh ort an brú agus an teocht a ísliú, toisc nach bhfuil fiú síos go -23 ° C an-phraiticiúil. Léiríonn an obair ar sé gnáthfhisic leanbh-chéim, ag dul ar aghaidh le blianta fada i saotharlanna ar fud an domhain.

Baineann an rud céanna le taighde feidhmeach. feiniméin mhaighnéadacha sa leictreonaic. Le déanaí, ag baint úsáide as tóireadóirí maighnéadacha an-íogair, d'aimsigh foireann idirnáisiúnta eolaithe fianaise iontasach gur féidir maighnéadas a tharlaíonn ag comhéadan sraitheanna tanaí ocsaíd neamh-mhaighnéadacha a rialú go héasca trí fhórsaí meicniúla beaga a chur i bhfeidhm. Léiríonn an fionnachtain seo, a fógraíodh i bhFisic an Dúlra i mí na Nollag seo caite, bealach nua gan choinne chun maighnéadas a rialú, rud a ligeann dúinn go teoiriciúil smaoineamh ar chuimhne maighnéadach níos dlúithe agus spintronics, mar shampla.

Cruthaíonn an fhionnachtain seo deis nua le haghaidh miniaturization de chealla cuimhne maighnéadach, a bhfuil sa lá atá inniu ann cheana féin méid de na deich nanaiméadar, ach a n-miniaturization breise ag baint úsáide as teicneolaíochtaí aitheanta deacair. Comhcheanglaíonn comhéadain ocsaíd roinnt feiniméin fhisiceacha suimiúla, mar shampla seoltacht déthoiseach agus sársheoltacht. Is réimse an-dearfach sa leictreonaic é sruth a rialú trí úsáid a bhaint as maighnéadas. Trí ábhair a aimsiú a bhfuil na hairíonna inmhianaithe acu, agus atá ar fáil agus saor ag an am céanna, chuirfí ar ár gcumas dul i ngleic go dáiríre leis an bhforbairt spintronic.

tá sé tuirseach freisin Rialú teasa dramhaíola i leictreonaic. D'fhorbair innealtóirí in Ollscoil California, Berkeley, ábhar scannán tanaí (tiús scannáin 50-100 nanaiméadar) le déanaí ar féidir a úsáid chun teas dramhaíola a aisghabháil chun fuinneamh a ghiniúint ag leibhéal nach bhfacthas riamh cheana sa chineál seo teicneolaíochta. Úsáideann sé próiseas ar a dtugtar tiontú fuinnimh pirealeictreach, a léiríonn taighde innealtóireachta nua atá oiriúnach go maith le húsáid i bhfoinsí teasa le teocht faoi bhun 100 °C. Níl anseo ach an sampla is déanaí de thaighde sa réimse seo. Tá na céadta nó fiú na mílte clár taighde ar fud an domhain a bhaineann le bainistíocht fuinnimh i leictreonaic.

"Níl a fhios agam cén fáth, ach oibríonn sé"

Is réimse taighde an-geallta é triail a bhaint as ábhair nua, a n-aistrithe céime agus feiniméin topological, ach níl sé an-éifeachtach, deacair agus annamh tarraingteach do na meáin chumarsáide. Tá sé seo ar cheann de na staidéir is minice a luadh i réimse na fisice, cé go bhfuil go leor poiblíochta faighte aige sna meáin, mar a thugtar air. De ghnáth ní bhuaigh siad an príomhshrutha.

Uaireanta bíonn torthaí gan choinne ag turgnaimh le claochluithe céime in ábhair, m.sh. bruithniú miotail le leáphointí arda teocht an tseomra. Sampla is ea an méid a baineadh amach le déanaí maidir le samplaí óir a leá, a leánn de ghnáth ag 1064°C ag teocht an tseomra, ag baint úsáide as réimse leictreach agus as micreascóp leictreon. Bhí an t-athrú seo inchúlaithe mar go bhféadfaí an t-ór a sholadú arís nuair a mhúchfaí an réimse leictreach. Mar sin, chuaigh an réimse leictrigh leis na fachtóirí aitheanta a mbíonn tionchar acu ar chlaochluithe céime, chomh maith le teocht agus brú.

Breathnaíodh athruithe céime freisin faoi dhian bíoga solais léasair. Foilsíodh torthaí staidéir ar an bhfeiniméan seo i samhradh na bliana 2019 san iris Nature Physics. Bhí an fhoireann idirnáisiúnta chun é seo a bhaint amach faoi cheannas Nuh Gedik (3), ollamh le fisic in Institiúid Teicneolaíochta Massachusetts. Fuair ​​na heolaithe amach go dtarlaíonn an t-aistriú céime le linn leá spreagtha go optúil, trí uathúlachtaí a fhoirmiú san ábhar, ar a dtugtar lochtanna toipeolaíocha, a mbíonn tionchar acu ar dhinimic leictreoin agus laitíse san ábhar dá bharr. Tá na lochtanna toipeolaíocha seo, a mhínigh Gedik ina fhoilseachán, cosúil leis na vortices bídeacha a tharlaíonn i leachtanna ar nós uisce.

Le haghaidh a gcuid taighde, d'úsáid na heolaithe an cumaisc de lanthanum agus tellurium LaTe.₃. Is é an chéad chéim eile, a mhíníonn na taighdeoirí, ná iarracht a dhéanamh a chinneadh conas is féidir leo “na lochtanna seo a ghiniúint ar bhealach rialaithe.” D’fhéadfaí é seo a úsáid le haghaidh stórála sonraí, i gcás ina n-úsáidfí bíoga solais chun lochtanna sa chóras a thaifeadadh nó a dheisiú, a fhreagraíonn d’oibríochtaí ar na sonraí.

Agus cé go bhfuilimid ag plé le bíoga léasair ultrafast, tá a n-úsáid i go leor turgnaimh suimiúla agus iarratais a d'fhéadfadh a bheith tuar dóchais inti i gcleachtas ina ábhar a fheictear go minic i dtuarascálacha eolaíocha. Mar shampla, léirigh foireann Ignacio Franco, ollamh cúnta le ceimic agus fisic in Ollscoil Rochester, le déanaí conas is féidir bíoga léasair ultrafast a úsáid chun airíonna ábhair a shaobhadh Oraz sruth leictreach a ghiniúint ag luas níos mó ná aon teicneolaíocht atá ar eolas againn go dtí seo. Dhéileáil na taighdeoirí le snáitheanna tanaí gloine ar feadh aon mhilliúnú cuid de bhilliúnú soicind. Ar an toirt, d'iompaigh an t-ábhar gloine isteach i rud cosúil le miotail a sheolann leictreachas. Tharla sé seo níos tapúla ná in aon chóras aitheanta in éagmais voltas feidhmeach. Is féidir treo sreafa agus déine na srutha a rialú trí airíonna an bhíoma léasair a athrú. Agus toisc gur féidir é a rialú, féachann gach innealtóir leictreonaic air le hús.

- Mhínigh Franco i bhfoilseachán in Nature Communications.

Ní thuigtear go hiomlán nádúr fisiceach na bhfeiniméin seo. Tá amhras ar Franco féin gur mhaith le meicníochtaí Éifeacht stark, i.e., an comhghaol idir astaíocht nó ionsú quanta solais leis an réimse leictrigh. Dá mbeifí in ann córais leictreonacha oibre a thógáil bunaithe ar na feiniméin seo, bheadh ​​eipeasóid eile againn de shraith innealtóireachta dar teideal "Níl a fhios againn Cén Fáth, Ach Oibríonn sé."

Íogaireacht agus méid beag

Gíreascóip is feistí iad a chabhraíonn le feithiclí, drones, agus fóntais leictreonacha agus gléasanna iniompartha nascleanúint a dhéanamh i spás tríthoiseach. Úsáidtear go forleathan iad anois sna gléasanna a úsáidimid gach lá. Ar dtús, ba thacair rothaí iad gíreascóip a bhí neadaithe taobh istigh dá chéile, gach ceann acu ag rothlú timpeall a ais féin. Sa lá atá inniu ann ar fhóin phóca feicimid braiteoirí micrea-leictrimheicniúla (MEMS) a thomhaiseann athruithe ar fhórsaí a ghníomhaíonn ar dhá mhais chomhionanna a ascalaíonn agus a ghluaiseann sa treo eile.

Tá teorainneacha íogaireachta suntasacha ag gyroscopes MEMS. Mar sin tá sé ag tógáil gíreascóip optúla, gan páirteanna gluaiseachta, chun na tascanna céanna a úsáideann feiniméan ar a dtugtar Éifeacht Sagnac. Mar sin féin, go dtí seo bhí fadhb a n-miniaturization. Tá na gíreascóip optúla ardfheidhmíochta is lú atá ar fáil níos mó ná liathróid ping-pong agus níl siad oiriúnach do go leor iarratas iniompartha. Mar sin féin, tá innealtóirí Caltech faoi stiúir Ali Hadjimiri tar éis gyroscope optúla nua a fhorbairt go cúig chéad uair níos lúcad atá ar eolas go dtí seo (4). Feabhsaíonn sé a íogaireacht trí úsáid a bhaint as teicníc nua ar a dtugtar "atreisiú frithpháirteach» Idir dhá léas solais mar a úsáidtear i ngnáth-idirferometer Sagnac. Rinneadh cur síos ar an bhfeiste nua i bpáipéar a foilsíodh in Nature Photonics mí na Samhna seo caite.

4. Gyroscope optúil forbartha ag Ali Hadjimiri agus a chomhghleacaithe. 

D'fhéadfaí feabhas suntasach a chur ar threoshuíomh na bhfóin chliste trí ghireascóp optúil cruinn a fhorbairt. Ina dhiaidh sin, thóg eolaithe ó Columbia Engineering é. an chéad lionsa árasán in ann díriú i gceart ar raon leathan dathanna ag an bpointe céanna gan gá le heilimintí breise, d'fhéadfadh tionchar a bheith aige ar chumais ghrianghrafadóireachta trealaimh shoghluaiste. Tá an lionsa árasán miocrón-tanaí réabhlóideach i bhfad níos tanaí ná bileog páipéir agus seachadann sé feidhmíocht atá inchomparáide le lionsaí ilchodacha préimhe. Cuirtear torthaí na foirne, faoi stiúir Nanfang Yu, ollamh cúnta san fhisic fheidhmeach, i láthair i staidéar a foilsíodh san iris Nature.

Tá lionsaí comhréidh tógtha ag eolaithe ó "meiteatóim“. Seasann gach meitea-adamh do chodán de thonnfhad solais i méid agus cuireann sé moill ar thonnta solais de mhéid difriúil. Trí shraith an-tanaí, comhréidh de nanastruchtúir a thógáil ar fhoshraith chomh tanaí le gruaig dhaonna, bhí na heolaithe in ann an fheidhmiúlacht chéanna a bhaint amach le gnáthchóras lionsaí i bhfad níos tiús agus níos troime. Is féidir le lionsaí miotail córais toirtiúla lionsaí a athsholáthar ar an mbealach céanna is a d’athsholáthair teilifíseáin scáileáin chomhréidh teilifíseáin feadáin ga-chatóide.

Cén fáth imbhuailteoir mór nuair a bhíonn bealaí eile ann

Féadfaidh bríonna agus bríonna éagsúla a bheith ag fisic na gcéimeanna beaga freisin. Mar shampla - In ionad struchtúir chineál mór monstrously a thógáil agus cinn níos mó fós a éileamh, mar a dhéanann go leor fisiceoirí, is féidir iarracht a dhéanamh freagraí a fháil ar cheisteanna móra ag baint úsáide as uirlisí níos measartha.

Luasghéaraíonn an chuid is mó de na luasairí bíomaí cáithníní trí réimsí leictreacha agus maighnéadacha a chruthú. Mar sin féin, ar feadh tamaill rinne sé turgnamh le teicníc eile - luasairí plasma, luasghéarú cáithníní luchtaithe amhail leictreoin, posatrón agus iain ag baint úsáide as réimse leictreach in éineacht le tonn a ghintear i bplasma leictreon. Le déanaí tá mé ag obair ar leagan nua acu. Úsáideann an fhoireann AWAKE ag CERN prótóin (seachas leictreoin) chun tonn plasma a chruthú. Is féidir le haistriú go prótóin cáithníní a aistriú go leibhéil fuinnimh níos airde in aon chéim luasghéaraithe amháin. Éilíonn cineálacha eile luasghéaraithe réimse múscailte plasma céimeanna iomadúla chun an leibhéal fuinnimh céanna a bhaint amach. Creideann eolaithe go bhféadfadh a dteicneolaíocht prótón-bhunaithe a chur ar ár gcumas luasairí níos lú, níos saoire agus níos cumhachtaí a thógáil amach anseo.

5. Luasaire miondhá chéim ó DESY - léirshamhlú

Ina dhiaidh sin, shocraigh eolaithe ó DESY (gearr le haghaidh Deutsches Elektronen-Synchrotron - synchrotron leictreon Gearmánach) taifead nua i réimse miniaturization luasairí cáithníní i mí Iúil. Rinne luasaire a oibríonn ag tonnta terahertz níos mó ná dúbailt ar fhuinneamh na leictreon insteallta (5). Ag an am céanna, d'fheabhsaigh an suiteáil go mór cáilíocht an bhíoma leictreon i gcomparáid le turgnaimh roimhe seo leis an teicníc seo.

- mhínigh Franz Kärtner, atá i gceannas ar ghrúpa Ultrafast Optics agus X-ghathaithe ag DESY, i bpreaseisiúint. –

Ghin an gléas gaolmhar réimse luasghéaraithe a raibh uasdéine de 200 milliún volta in aghaidh an mhéadair (MV/m) ann — cosúil leis an ngnáth-luasaire ardchumhachta is déanaí.

Ina dhiaidh sin, an brathadóir nua, réasúnta beag Alfa-g (6), a tógadh ag saoráid TRIUMF Cheanada agus a seoladh chuig CERN níos luaithe i mbliana, tá an tasc luasghéarú imtharraingteach an fhrithábhair a thomhas. An luasghéaraíonn frithábhar i láthair réimse imtharraingthe ar dhromchla an Domhain faoi +9,8 m/s2 (síos), -9,8 m/s2 (suas), 0 m/s2 (gan aon luasghéarú imtharraingteach ar bith), nó luach éigin eile ? Dhéanfadh an fhéidearthacht dheireanach an fhisic a réabhlóidiú. Is féidir leis an ngaireas beag ALPHA-g, chomh maith le “frithdhomhantarraingt a chruthú,” sinn a threorú ar an gcosán a rachaidh chuig rúin is mó na Cruinne.

Ar scála níos lú fós déanaimid iarracht staidéar a dhéanamh ar fheiniméin leibhéal níos ísle fós. Os cionn 60 billiún réabhlóidí in aghaidh an tsoicind is féidir le heolaithe ó Ollscoil Purdue agus ollscoileanna na Síne é a thógáil. De réir údair an turgnaimh i bpáipéar a foilsíodh roinnt míonna ó shin i Litreacha Athbhreithnithe Fisiciúla, ligfidh cruthú rothlach tapa den sórt sin iad a thuiscint níos fearr rúin .

Is é an réad atá faoin uainíocht mhór chéanna ná nanacháithnín thart ar 170 nanaiméadar ar leithead agus 320 nanaiméadar ar fad, rud a rinne na heolaithe a shintéisiú ó shilice. Ghaibh an fhoireann taighde réad i bhfolús ag baint úsáide as léasair, rud a chuir isteach ar luas sníomh é. Is é an chéad chéim eile ná turgnaimh a dhéanamh ar luasanna rothlaithe níos airde fós, a cheadóidh staidéir bheachta a dhéanamh ar theoiricí bunúsacha fisiceacha, lena n-áirítear foirmeacha coimhthíocha frithchuimilte i bhfolús. Mar a fheiceann tú, ní gá duit na mílte píopaí agus brathadóirí ollmhóra a thógáil chun aghaidh a thabhairt ar rúndiamhra bunúsacha.

In 2009, d'éirigh le heolaithe cineál speisialta poll dubh a chruthú sa tsaotharlann a ionsúnn fuaim. Ó shin i leith na звук  Tá sé cruthaithe go bhfuil siad úsáideach mar analógacha saotharlainne de réad a ionsúitear solais. I bpáipéar a foilsíodh san iris Nature i mí Iúil seo caite, déanann taighdeoirí ó Institiúid Teicneolaíochta Technion-Iosrael cur síos ar conas a chruthaigh siad poll dubh sonic agus a dtomhas a teocht radaíochta Hawking. Tháinig na tomhais seo leis an teocht a bhí tuartha ag Hawking. Mar sin dealraíonn sé nach gá duit turas a dhéanamh chuig poll dubh chun é a iniúchadh.

Cé a fhios, i bhfolach sna tionscadail eolaíocha seo nach bhfuil chomh héifeachtach céanna, in iarrachtaí diana saotharlainne agus i dturgnaimh arís agus arís eile chun teoiricí beaga ilroinnte a thástáil, na freagraí ar na ceisteanna is mó. Múineann stair na heolaíochta gur féidir leis seo tarlú.