Vedcom sa po prvýkrát podarilo pozorovať atómy v skrytom „okrajovom stave“. Sme na pokraji veľkého objavu
Výskumníkom z inštitútu MIT sa po prvýkrát podarilo na vlastné oči pozorovať fyzikálny fenomén, ktorý dovoľuje bezstratový prenos energie.
Výskumníci z inštitútu MIT po prvýkrát zachytili ultrachladné atómy, ako prúdia voľne a bez trenia v novom, exotickom skupenstve.
Ako vysvetľujú výskumníci, bežne sú to elektróny, ktoré sú “voľné” a môžu sa pohybovať cez väčšinu kovov akýmkoľvek smerom. Keď ale natrafia na prekážku, nabité častice pocítia trenie a rozptýlia sa, ako biliardové gule po zásahu. Existujú ale exotické materiály, v rámci ktorých elektróny prúdia ako rieka, zdanlivo s jedným spoločným cieľom.
V týchto materiáloch sa môže stať, že sa elektróny stanú uzamknuté na hrane materiálu a prúdia jedným smerom. Vedci to prirovnávajú k pochodovaniu mravcov pozdĺž jednej hrany obrusu. Tento stav výskumníci označujú ako hraničný stav a vysvetľujú, že elektróny môžu prúdiť bez trenia. Znamená to, že okolo prekážok prekĺznu bez najmenšej námahy, pričom sa stále držia hrany materiálu.
Nádherný fyzikálny proces
Rovnako aj v supervodičoch môžeme pozorovať prúdenie elektrónov bez odporu, no autori štúdie vysvetľujú, že v tomto prípade ide o niečo iné. Pri hraničných stavoch sa putovanie elektrónov bez trenia objavuje len na hraniciach materiálu.
V rámci nového výskumu vedci z MIT dokázali po prvýkrát pozorovať vyššie spomenutý proces v oblaku podchladených atómov. Vedci dokázali zachytiť prúdenie atómov pozdĺž hranice materiálu bez odporu, dokonca aj keď sa priamo v ich ceste objavuje prekážka. Svoje zistenia vedci publikovali v štúdii, ktorá sa objavila v publikácii Nature Physics.
Neprehliadnite
Autori štúdie veria, že toto zistenie nám môže pomôcť nájsť spôsob, ako manipulovať elektróny tak, aby prúdili bez trenia v rôznych materiáloch. Ak sa nám to podarí dosiahnuť, potom by sme mali v rukách mimoriadne efektívny spôsob ako prenášať energiu a dáta bez akejkoľvek straty.
“Predstavujeme si, že v budúcnosti dokážeme vytvoriť malé kúsky z vhodného materiálu. Tie následne umiestnime do zariadení v budúcnosti. Elektróny by teda mohli prechádzať po hranách materiálu do odlišných častí obvodu bez akejkoľvek straty,” tvrdí Richard Fletcher, jeden z autorov štúdie.
Výskumníci už uvažujú nad praktickým využitím ich objavu. Ako ale dodávajú, pre nich išlo skôr o objavenie “nádhernej fyziky”, ktorá je bežne ukrytá pred našim zrakom. Autorov štúdie teší, že tento proces mohli pozorovať na vlastné oči.
“Spôsob akým náboj prúdi pod magnetickým poľom naznačuje existenciu hraničných stavov. Priamo ich pozorovať je ale mimoriadna vzácnosť, pretože tieto stavy sa objavujú v rozmedzí femtosekúnd a na zlomku nanometra. Zachytiť ich preto nie je vôbec jednoduchá úloha,” dodáva Fletcher.
Pozorovanie atómov výskumníkom uľahčilo prácu
V rámci štúdie sa vedci nepokúšali zachytiť elektróny v hraničnom stave. Namiesto toho uvažovali, že by vedeli dosiahnuť rovnaké výsledky vo väčšom a jednoduchšie pozorovateľnom systéme. Následne začali výskumníci skúmať správanie mimoriadne podchladených atómov a na základe toho vytvorili experiment, ktorý napodobňuje správanie elektrónov pod magnetickým poľom. Inými slovami povedané, rovnaká fyzika sa namiesto elektrónov objavuje v atómoch a tento proces prebieha pomalšie, naprieč väčšími vzdialenosťami. Namiesto femtosekúnd a zlomkov nanometra výskumníci pracovali s milisekundami a mikrónmi. To výskumníkom dovolilo pozorovať prebiehajúci proces oveľa jednoduchšie.
V rámci experimentu výskumníci pracovali s oblakom približne milióna atómov sodíka. Tie výskumníci uväznili v laserovej pasci a schladili na teplotu niekoľkých nanokelvinov. Následne manipulovali s pascou tak, aby roztočili atómy.
“Pasca sa pokúša stiahnuť atómy dovnútra, no odstredivá sila ich tlačí von. Keď sa tieto dve sily vyrovnajú, atóm verí, že existuje v plochom priestore, hoci sa jeho svet točí. V podstate sa masívne atómy začnú správať ako elektróny v magnetickom poli,” vysvetlil Fletcher.
Do tohto prostredia výskumníci pridali hranu v podobe prstenca laserového svetla. Následne pozorovali, ako atómy prechádzali bez trenia po tejto hranici, všetky v jednom smere.
Komentáre