Werin em karê xwe bikin û dibe ku şoreşek çêbibe

Keşfên mezin, teoriyên wêrek, pêşkeftinên zanistî. Medya tijî formulesyonên weha ye, bi gelemperî zêde têne zêdekirin. Li cîhek di bin siya "fîzîka mezin", LHC, pirsên bingehîn ên kozmolojîk û şerê li dijî Modela Standard de, lêkolînerên kedkar bi bêdengî karê xwe dikin, li ser sepanên pratîkî difikirin û gav bi gav zanîna xwe berfireh dikin.

"Werin em bi xwe bikin" bê guman dikare slogana zanyarên ku di pêşkeftina fusiona termonokleer de cih digirin be. Ji ber ku, tevî bersivên mezin ên pirsên mezin, çareseriya pirsgirêkên pratîkî, yên ku bi vê pêvajoyê re ne girîng xuya dikin, dikare cîhanê şoreş bike.

Dibe ku, wek nimûne, ew ê gengaz be ku fusiona nukleerî ya piçûk - bi alavên ku li ser maseyê bi cîh dibe. Zanyarên zanîngeha Washingtonê par ev amûr çêkirin Z-pinç (1), ku dikare di nav 5 mîkroçirkeyan de reaksiyonek hevgirtinê bidomîne, her çend agahdariya balkêş a sereke piçûkkirina reaktorê bû, ku dirêjahiya wê tenê 1,5 m ye. Z-pinch bi girtina plazmayê di nav zeviyek magnetîkî ya bihêz de kar dike.

Ne pir bi bandor, lê potansiyel pir girîng e hewldanên ji bo . Li gorî lêkolîna Wezareta Enerjiyê ya Dewletên Yekbûyî (DOE), ku di Cotmeha 2018-an de di kovara Physics of Plasmas de hate weşandin, reaktorên fusionê xwediyê şiyana kontrolkirina osîlasyona plazmayê ne. Van pêlan keriyên bi enerjiya bilind ji qada reaksiyonê derdixin, hin enerjiya ku ji bo reaksiyona fusionê hewce dike bi xwe re digirin. Lêkolîna DOE ya nû simulasyonên kompîturê yên sofîstîke vedibêje ku dikarin çêbûna pêlan bişopînin û pêşbînî bikin, ku fîzîknasan jêhatîbûnê dide ku pêşî li pêvajoyê bigirin û perçeyan di bin kontrolê de bihêlin. Zanyar hêvî dikin ku xebata wan di avakirinê de bibe alîkar ITER, dibe ku projeya reaktora fusionê ya herî navdar a ceribandinê ya li Fransayê.

Her wiha destkeftiyên wekî germahiya plazmayê 100 mîlyon pileya Celsius e, ku di dawiya sala borî de ji hêla tîmek zanyaran ve li Enstîtuya Fîzîkê ya Plazmayê ya Chinaînê di Tokamakê ya Pêşkeftî ya Ezmûnî ya Superconducting Tokamak (EAST) de hate wergirtin, mînakek pêşveçûnek gav-gav a berbi fusionek bikêrhatî ye. Li gorî pisporên ku li ser lêkolînê şîrove dikin, dibe ku di projeya ITER ya navborî de, ku Çîn tevî 35 welatên din tê de beşdar dibe, girîngiyek girîng hebe.

Superconductors û elektronîk

Qadeke din a bi potansiyelek mezin, ku li şûna destkeftiyên mezin gavên piçûk, bi êş têne avêtin, lêgerîna li superconductorên germahiya bilind e. (2). Mixabin, gelek hişyariyên derewîn û xemgîniyên zû hene. Bi gelemperî raporên medyayê yên ravek mezin dibin an jî tenê nerast in. Di raporên cidîtir de jî her tim "lê" heye. Wekî di raporek vê dawîyê de, zanyarên Zanîngeha Chicagoyê vedîtina superconductivity, şiyana ku elektrîkê bê windakirin di germahiya herî bilind de ku heya niha hatî tomar kirin, keşf kirine. Bi karanîna teknolojiya pêşkeftî ya li Laboratoriya Neteweyî ya Argonne, tîmek zanyarên herêmî çînek materyalan lêkolîn kirin ku tê de wan li germahiyên li dora -23 °C superconductivity dît. Ev ji qeyda pejirandî ya berê bi qasî 50 pileyî bazdanek e.

2. Superconductor di qada magnetîkî de

Lêbelê, girtin ev e ku hûn neçar in ku pir zextê bikin. Materyalên ku hatin ceribandin hîdroîd bûn. Ji bo demekê, lanthanum perhydride balkêşek taybetî ye. Ezmûnan nîşan da ku nimûneyên pir zirav ên vê materyalê di bin zextên ji 150 heta 170 gigapascal de superconductivity nîşan didin. Encam di meha gulanê de di kovara Nature ya ku bi hevkara Prof. Vitaly Prokopenko û Eran Greenberg.

Ji bo ku hûn li ser karanîna pratîkî ya van materyalan bifikirin, hûn ê neçar bibin ku zext û germahî jî kêm bikin, ji ber ku heta -23 ° C jî ne pir pratîk e. Xebata li ser wê fîzîka gavên piçûk ên tîpîk e, ku bi salan li laboratîfên li çaraliyê cîhanê berdewam dike.

Heman tişt ji bo lêkolîna serîlêdanê jî derbas dibe. di elektronîk de fenomenên magnetîkî. Di van demên dawî de, bi karanîna sondayên magnetîkî yên pir hesas, tîmek zanyarên navneteweyî delîlên sosret dîtin ku magnetîzma ku di navbeyna qatên zirav ên oksîdê ne-magnetîk de çêdibe dikare bi hêsanî bi sepandina hêzên mekanîkî yên piçûk ve were kontrol kirin. Vedîtina, ku di Kanûna borî de di Fîzîkê ya Xwezayê de hate ragihandin, rêyek nû û neçaverêkirî ji bo kontrolkirina magnetîzmê nîşan dide, ji hêla teorîkî ve rê dide fikirîna li ser bîranîna magnetîkî û spintronikê, mînakî.

Ev vedîtin ji bo piçûkkirina şaneyên bîra magnetîkî, ku îro berê xwedan mezinahiya çend deh nanometreyan e, derfetek nû diafirîne, lê piçûkkirina wan a din bi karanîna teknolojiyên naskirî dijwar e. Têkiliyên oksîdê gelek diyardeyên fizîkî yên balkêş ên wekî guheztina du-alî û superconductivity hev dikin. Kontrolkirina niha bi riya magnetîzmê di elektronîk de qadek pir hêvîdar e. Dîtina materyalên xwedan taybetmendiyên rast, di heman demê de erzan û erzan, dê bihêle ku em di pêşveçûnê de ciddî bibin spintronic.

ew jî westiyayî ye di elektronîk de kontrolkirina germa çolê. Endezyarên UC Berkeley di van demên dawî de materyalek fîlima zirav (qalindahiya fîlimê 50-100 nanometre) pêşve xistine ku dikare were bikar anîn da ku germa bermayî vegerîne da ku hêzê di astên ku berê di vê celebê teknolojiyê de nedîtine de hilberîne. Ew pêvajoyek bi navê veguheztina hêza piroelektrîkî bikar tîne, ku lêkolîna endezyariya nû destnîşan dike ku ji bo karanîna di çavkaniyên germê yên di binê 100 ° C de baş e. Ev tenê yek ji mînakên dawî yên lêkolînê di vî warî de ye. Li çaraliyê cîhanê bi sedan an jî bi hezaran bernameyên lêkolînê yên têkildarî rêveberiya enerjiyê di elektronîk de hene.

"Ez nizanim çima, lê ew dixebite"

Ceribandina materyalên nû, veguheztinên qonaxên wan û fenomenên topolojîk qadek lêkolînê ya pir hêvîdar e, ne pir bikêrhatî, dijwar û kêm caran ji medyayê re balkêş e. Ev yek ji wan lêkolînên ku di warê fîzîkê de herî zêde tê gotin e, her çend di medyayê de gelek belavok wergirt, bi navê. sereke ew bi gelemperî bi ser nakevin.

Ceribandinên bi veguhertinên qonaxê yên di materyalan de carinan encamên nediyar derdixin, mînakî helandina metal bi xalên helandinê bilind germahiya odeyê. Mînak destkefta vê dawiyê ya helandina nimûneyên zêr e, ku bi gelemperî li 1064 °C di germahiya odeyê de, bi karanîna zeviyek elektrîkî û mîkroskopa elektronîkî dihelin. Ev guherîn vegerî bû ji ber ku qutkirina qada elektrîkê dikare zêr dîsa zexm bike. Bi vî rengî, qada elektrîkê ji bilî germahî û zextê, ​​tevlî faktorên naskirî yên ku bandorê li veguherînên qonaxê dikin.

Guhertinên qonaxê jî di dema dijwar de hatin dîtin pêlên ronahiya lazerê. Encamên lêkolîna vê diyardeyê di havîna 2019an de di kovara Nature Physics de hatin weşandin. Tîma navneteweyî ya ji bo bidestxistina vê ji aliyê Nuh Gedîk (3), profesorê fîzîkê li Enstîtuya Teknolojiyê ya Massachusetts. Zanyaran dît ku di dema helîna optîkî de, veguheztina qonaxê bi çêbûna yekjimariyên di materyalê de, ku wekî kêmasiyên topolojîk têne zanîn, pêk tê, ku di encamê de bandorê li dînamîkên elektron û tîrêjê yên di materyalê de dike. Ev kêmasiyên topolojîk, wek ku Gedîk di weşana xwe de diyar kir, mîna vortên piçûk ên ku di şilekên wekî avê de çêdibin re ne.

Ji bo lêkolîna xwe, zanyar pêkhateyek ji lanthanum û telurium LaTe bikar anîn.₃. Lêkolîner diyar dikin ku gava pêş de dê hewl bidin ku diyar bikin ka ew çawa dikarin "van kêmasiyan bi rengek kontrolkirî biafirînin." Bi potansiyel, ev dikare ji bo hilanîna daneyê were bikar anîn, ku pêlên ronahiyê dê werin bikar anîn da ku xeletiyên pergalê binivîsin an tamîr bikin, ku dê bi karûbarên daneyê re têkildar be.

Û ji ber ku em gihîştin pêlên lazerê yên ultralez, karanîna wan di gelek ceribandinên balkêş û serîlêdanên potansiyel ên di pratîkê de mijarek e ku pir caran di raporên zanistî de xuya dike. Mînakî, koma Ignacio Franco, alîkarê profesorê kîmya û fizîkê li Zanîngeha Rochester, vê dawiyê nîşan da ku pêlên lazerê yên ultralez çawa dikarin werin bikar anîn. xirecirkirina taybetmendiyên madeyê Oraz hilberîna niha ya elektrîkê bi lezek ji her teknîka ku heya nuha ji me re hatî zanîn zûtir e. Lekolînwanan fîşanên cam ên tenik bi dirêjahiya mîlyonek ji milyaryek saniyeyê derman kirin. Di çavan de, maddeya camî veguherî tiştek mîna metalek ku elektrîkê dimeşîne. Di nebûna voltaja sepandî de ev ji her pergalên naskirî zûtir qewimî. Bi guheztina taybetmendiyên tîrêjê lazerê rêgeza herikînê û tundiya herikê dikare were kontrol kirin. Û ji ber ku ew dikare were kontrol kirin, her endezyarek elektronîkî bi balkêşî dinêre.

Franco di weşanek di Nature Communications de diyar kir.

Xwezaya fizîkî ya van diyardeyan bi tevahî nayê fêm kirin. Franco bixwe guman dike ku mekanîzmayên mîna bandora hişk, ango pevgirêdana belavbûn an vegirtina quantên ronahiyê bi qada elektrîkê re. Ger gengaz bû ku li ser bingeha van diyardeyan pergalên elektronîkî yên xebatê ava bikin, me ê beşa din a rêzefîlma endezyariyê bi navê Em Nizanin Çima, Lê Ew Kar dike, hebe.

Hestiyarî û mezinahiya piçûk

Gîroskop Amûrên ku alîkariya wesayit, dron, û her weha karûbarên elektronîkî û amûrên portable dikin ku di cîhê sê-alî de rêve bibin. Naha ew bi berfirehî di cîhazên ku em her roj bikar tînin de têne bikar anîn. Di destpêkê de, gyroscope komek ji çerxên hêlîn bûn, ku her yek ji wan li dora eksê xwe zivirî. Îro, di têlefonên desta de, em senzorên mîkroelektromekanîkî (MEMS) dibînin ku guheztinên hêzên ku li ser du girseyên yeksan tevdigerin dipîvin, ku diherikin û berevajî rêve diçin.

Gîroskopên MEMS xwedan sînorên hestiyariyê yên girîng in. Ji ber vê yekê ew ava dike gyroscopes optîk, bêyî parçeyên tevgerê, ji bo heman karên ku fenomenek tê gotin bikar tînin Bandora Sagnac. Lê belê, heta niha pirsgirêka biçûkkirina wan hebû. Gîroskopên optîkî yên herî piçûk ên performansa bilind ên berdest ji topek ping pongê mezintir in û ji bo gelek sepanên portable ne guncan in. Lêbelê, endezyarên li Zanîngeha Teknolojiyê ya Caltechê, bi serokatiya Alî Hacîmirî, gyroskopek optîkî ya nû pêşve xistin. pêncsed carî kêmtirya ku heta niha tê zanîn4). Ew hestiyariya xwe bi karanîna teknîkek nû ya bi navê "xurtkirina hevdu» Di navbera du tîrêjên ronahiyê de ku di navberek tîpîk a Sagnac de têne bikar anîn. Amûra nû di gotarek ku di Mijdara borî de di Nature Photonics de hatî weşandin de hate şirove kirin.

4. Gîroskopa optîkî ku ji aliyê Alî Hacîmirî û hevkarên wî ve hatiye çêkirin. 

Pêşxistina gyroskopek optîkî ya rastîn dikare rêgeziya têlefonên têlefonê pir baştir bike. Di encamê de, ew ji hêla zanyarên ji Endezyariya Columbia ve hatî çêkirin. yekem lensa daîre ku bikaribe di heman xalê de bêyî hewcedariya hêmanên pêvek bi rengek rastîn balê bikişîne ser cûrbecûr rengan, dibe ku bandorê li kapasîteyên wênekêşiya alavên mobîl bike. Lensa şorşgerî ya tenik-micron ji pelê kaxezê pir ziravtir e û performansa bi lensên pêkhatî yên premium re peyda dike. Encamên tîmê, ku ji hêla Nanfang Yu, alîkarê profesorê fizîkî ya sepandî ve, di lêkolînek ku di kovara Nature de hatî weşandin de têne pêşkêş kirin.

Zanyaran lensên rût ji "metatoms". Her metaatom perçeyek ji dirêjahiya ronahiyê ye û pêlên ronahiyê bi rêjeyek cûda dereng dixe. Bi avakirina qatek pir tenik a nanostrukturan li ser bingehek bi qasî porê mirovî stûr, zanyar karîbûn heman fonksiyonê wekî pergala lensên kevneşopî yên pir stûrtir û girantir bi dest bixin. Metalens dikare pergalên lensên mezin biguhezîne bi heman awayê ku TV-yên ekrana davî şûna TV-yên lûleya tîrêjê ya katodê girtine.

Çima collider mezin dema ku rêyên din hene

Fîzîkê gavên piçûk jî dikarin xwedî wate û wateyên cuda bin. Bo nimûne - Li şûna avakirina strukturên cûrbecûr yên mezin û daxwazkirina yên hê mezintir, wekî ku gelek fîzîknas dikin, mirov dikare hewl bide ku bersivên pirsên mezin bi amûrên nermtir bibîne.

Piraniya lezkeran bi çêkirina zeviyên elektrîkî û magnetîkî tîrêjên kerpîçan lez dikin. Lêbelê, ji bo demekê wî bi teknîkek cûda ceribandin - lezkerên plazmayê, Lezkirina keriyên barkirî yên wekî elektron, pozîtron û îyonan bi karanîna qada elektrîkê ya ku bi pêleka ku di plazmaya elektronê de çêdibe tê hev kirin. Di van demên dawî de ez li ser guhertoya wan a nû dixebitim. Tîma AWAKE ya li CERNê protonan (ne elektronan) bikar tîne da ku pêlek plazmayê çêbike. Veguheztina protonan dikare di yek gavê lezkirinê de keriyan bigihîne astên enerjiyê yên bilind. Formên din ên lezkirina qada şiyarbûna plazmayê ji bo ku bigihîje heman asta enerjiyê çend gavan hewce dike. Zanyar bawer dikin ku teknolojiya wan a li ser proton dikare di pêşerojê de bilezkerên piçûktir, erzantir û bihêztir çêbikin.

5. Leza mînyatur a du qonax ji DESY - dîtbarî

Wekî din, zanyarên ji DESY (kurteya Deutsches Elektronen-Synchrotron - synchrotron elektronîkî ya almanî) di meha Tîrmehê de di warê piçûkkirina lezkerên pirtikê de rekorek nû tomar kirin. Lezkerê terahertz enerjiya elektronên derzîkirî du qat zêdetir kir (5). Di heman demê de, sazkirinê li gorî ceribandinên berê yên bi vê teknîkê re qalîteya tîrêjê elektronek girîng çêtir kir.

Franz Kärtner, serokê koma optîk û rontgenê ya ultrafast li DESY, di daxuyaniyeke çapemeniyê de diyar kir. -

Amûra têkildar zeviyek bilezker bi tundiya herî zêde 200 mîlyon volt per metre (MV/m) hilberand - dişibihe lezkera kevneşopî ya herî bihêz a nûjen.

Di encamê de, detektorek nû, nisbeten piçûk ALFA-g (6), ku ji hêla pargîdaniya Kanadayî TRIUMF ve hatî çêkirin û di destpêka vê salê de ji CERN-ê re hatî şandin, peywira wê heye. lezbûna gravîtasyonê ya dijî maddeyê bipîve. Antîmadde li ber hebûna qadeke gravîtasyonê ya li ser rûyê erdê bi +9,8 m/s2 (bi jêr), bi -9,8 m/s2 (jor), bi 0 m/s2 (bi tevahî leza gravîtasyonê tune) lez dike, an hindek heye nirxek din? Îhtîmala paşîn dê fîzîkê şoreş bike. Amûrek piçûk a ALPHA-g dikare, ji bilî îsbatkirina hebûna "antî-gravîty"ê, dikare me bigihîne rêyek ku berbi sirên herî mezin ên gerdûnê ve diçe.

Di asteke hê biçûktir de, em hewl didin ku fenomenên di asteke hîn kêmtir de lêkolîn bikin. Ser 60 milyar şoreş di çirkeyê de ew dikare ji hêla zanyarên ji Zanîngeha Purdue û zanîngehên Chineseînî ve were sêwirandin. Li gorî nivîskarên azmûnê di gotarek de ku çend meh berê di Physical Review Letters de hatî weşandin, afirandinek wusa bi lez zivirî dê bihêle ku ew çêtir fam bikin. dizî .

Tişta ku di heman zivirîna tund de ye, nanoparçeyek bi qasî 170 nanometre fireh û 320 nanometre dirêj e, ku zanyaran ji silica sentez kirine. Tîma lêkolînê bi bikaranîna lazerê heyberek di valahiyekê de hejand, ku dûv re ew bi lezek pir mezin lêxist. Pêngava paşîn dê pêkanîna ceribandinên bi leza zivirîna hê mezintir be, ku dê rê bide lêkolîna rast a teoriyên laşî yên bingehîn, di nav de formên biyanî yên pevgirêdana di valahiyê de. Wekî ku hûn dikarin bibînin, hûn ne hewce ne ku hûn bi kîlometreyan lûle û detektorên mezin ava bikin da ku hûn bi sirên bingehîn re rû bi rû bibin.

Di sala 2009 de, zanyaran karîbûn di laboratûvarê de celebek taybetî ya kunek reş çêbikin ku deng vedigire. Ji hingê ve ev dengek  îspat kir ku ew wekî analogên laboratîfê yên tiştê ku ronahiyê vedihewîne bikêr e. Di gotarekê de ku di kovara Nature vê Tîrmehê de hate weşandin, lêkolînerên li Enstîtuya Teknolojiyê ya Technion Israel diyar dikin ka wan çawa kunek reş a dengî çêkir û germahiya wê ya tîrêjê ya Hawking pîvandin. Ev pîvandin li gorî germahiya ku ji hêla Hawking ve hatî pêşbînî kirin re bûn. Ji ber vê yekê, wusa dixuye ku ne hewce ye ku meriv seferek ber bi kunek reş ve bike da ku lê vegere.

Kî dizane gelo ev projeyên zanistî yên kêmtir bibandor, hewildanên laboratîfê yên dijwar û ceribandinên dubare ji bo ceribandina teoriyên piçûk, perçebûyî, dibe ku nebin bersivên pirsên herî mezin. Dîroka zanistê hîn dike ku ev dikare bibe.