Khoa học

Làm mát lượng tử - với Laser?

Làm mát lượng tử - với Laser?

[Nguồn ảnh: Ars Electronica]

Việc khám phá ra siêu dẫn vào năm 1911 của nhà vật lý Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes đã khiến các nhà khoa học cố gắng làm nguội các hạt xuống độ không tuyệt đối (0 kelvin, hoặc 0 k) để đạt được trạng thái siêu dẫn. Siêu dẫn là trạng thái mà các hạt hầu như không có điện trở, một hiệu ứng lượng tử. Một chất siêu dẫn có thể hỗ trợ nguồn cung cấp điện không giới hạn mà không làm mất bất kỳ năng lượng nào do nhiệt hoặc âm thanh tạo ra một cuộc cách mạng về cách chúng ta có thể sử dụng năng lượng. Nhưng nó đi kèm với một sự thay đổi lớn hơn: Chủ nghĩa đạo đức. Hiện tượng nhiễm độc là một hiện tượng trong các hạt siêu làm lạnh ngăn cản tất cảtừ trường xuyên qua trong khi tạo ra một từ trường đối lập đẩy lùi bất kỳ lực từ nào tác dụng. Chất khử âm rất tốt cho siêu dẫn và bay vì nó đẩy lùi tất cả các nam châm, hứa hẹn những tiến bộ vượt bậc trong giao thông vận tải đó là đã được sử dụng. Nhưng làm cách nào để làm nguội các hạt xuống gần 0 kelvin? Và những gì thậm chí là 0 k?

[Nguồn ảnh: Steve Jervetson]

Zero kelvin là độ không tuyệt đối, nơi hoàn toàn không có năng lượng trong một chất - nhiệt độ tuyệt đối lạnh nhất mà bất cứ thứ gì có thể có. Ở 0 kelvin, một hạt sẽ hoàn toàn bất động. Nhưng làm thế nào để bạn nhận được một cái gì đó lạnh như vậy? Mặc dù ánh sáng như chúng ta biết nó tạo ra hơi ấm mà chúng ta cảm thấy ở đây trên trái đất, nhưng điều đó không nhất thiết có nghĩa là tất cả ánh sáng sẽ chỉ tạo ra nhiệt. Nhiệt độ là vận tốc trung bình mà một nhóm nguyên tử có được, càng chuyển động thì càng tỏa nhiều nhiệt. Ánh sáng mang động lượng vì động lượng chỉ là khối lượng lần vận tốc. Nhưng ánh sáng không có khối lượng? Chà, không, nhưng nó có một tương đương năng lượng / khối lượng, được mô tả tốt hơn với một trong những phương trình nổi tiếng nhất của Einsteins E = mc². Sắp xếp lại khối lượng và phương trình có thể được thay thế trở lại thành định luật động lượng, suy ra phương trình cho động lượng của ánh sáng.

Vì ánh sáng mang theo động lượng nên năng lượng của nó có thể được chuyển thành các hạt, giống như một quả bóng tennis va vào một quả bóng rổ. Ném bóng đủ mạnh và bạn sẽ có thể đưa bóng rổ di chuyển. Các phân tử của không khí di chuyển với vận tốc khoảng 4000 km / h, khiến chúng rất khó nghiên cứu vì chúng không ở trong một khu vực quá lâu. Tia laze có thể được sử dụng để bắt các nguyên tử trong Bẫy quang học Magneto, hoặc MOT- hoạt động tương tự như hiệu ứng của một con ruồi hạ cánh trên một lớp mật đường dày - do đó đặt tên cho hiệu ứng này "mật quang " . Nhưng làm thế nào bạn có thể làm chậm các nguyên tử nếu ánh sáng luôn muốn đẩy? Các nhà khoa học đã phát hiện ra một phương pháp để đẩy phía trước của hạt chuyển động bằng tia laze,mang đi tốc độ của các hạt, làm giảm tổng động lượng của nó.

Hiện tượng được phát hiện bởi Steven Chu vào năm 1985 và được gọi là làm mát bằng laser. Steven và các đồng nghiệp định vị nhiều tia laser bên trong một buồng khí tạo thành hình chữ "t" ở trung tâm. Khi các hạt trôi nổi xung quanh, cuối cùng một hạt sẽ bị mắc kẹt ở giữa các tia laser, nơi nó bị bắn phá bởi các photon tấn công chính xác theo các hướng ngược lại mà hạt đang cố gắng di chuyển. Điều này tạo ra một hiệu ứng tương tự như một người đang cố gắng đạp xe ngược chiều gió. Lực gió ngược chiều càng mạnh thì càng khó khăn, và do đó người đi xe đạp sẽ di chuyển chậm hơn - cuối cùng sẽ dừng lại khi gió trở nên quá mạnh (hãy hy vọng nó không phải là một cơn bão).

[Nguồn ảnh: Asaf]

Các hạt được làm nguội xuống gần 0 k, một con số kỳ diệu. Các nhà khoa học cực kỳ quan tâm đến việc thu được kelvin bằng không để tạo ra hiệu ứng lượng tử tối đa mà các hạt hạ nguyên tử có. Điều tuyệt vời về các hạt là các electron nhỏ xoay quanh hạt nhân chỉ có thể chomột sốdữ liệu- không bao giờ là tất cả (đây là thuộc tính lượng tử). Hoặc bạn có thể biết chính xác tốc độ của một electron mà hoàn toàn không biết nó đang ở đâu, hoặc bạn có thể biết electron ở đâu, nhưng hoàn toàn không biết nó đang đi nhanh như thế nào. Một cách hiệu quả, các nhà khoa học đang làm lạnh các hạt đã làm chậm các electron xuống điểm 0 kelvin, một phần tỷ độ so với độ không tuyệt đối. Nhiệt độ lạnh nhất trong vũ trụ đã biết nằm trong Tinh vân Boomerang, ngồi ở nhiệt độ 1 K dễ chịu (–458 độ F hoặc –272 độ C), khiến nơi lạnh nhất trong vũ trụ thực sự Trái đất.Ở 0 k, các electron có thể ở phía bên kia của vũ trụ vì tốc độ gần như đã được biết chính xác, nghĩa là không ai biết electron ở đâu. Điều này mở ra một hiện tượng tuyệt đẹp được gọi là siêu dẫn và từ tính - một trạng thái hấp dẫn khác của vật chất.

[Nguồn ảnh: NASA, Tinh vân Boomerang]

Suy nghĩ thông thường sẽ không mang lại kết quả mới. Ai có thể nghĩ rằng việc sử dụng tia laser sẽ không chỉ tạo ra nhiệt độ lạnh nhất trên Trái đất, nhưng nhiệt độ lạnh nhất ởvũ trụ đã biết?Khoa học đóng vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu cách vận hành của vũ trụ, có thể mở ra bí mật về cách con người và mọi thứ hình thành. Khoa học tiếp tục cải tiến với tốc độ chưa từng có, mãi mãi thay đổi và định hình tương lai và cuộc sống như chúng ta biết.

CŨNG XEM: Phương pháp Laser được sửa đổi tạo ra các đơn vị năng lượng siêu nhỏ

Do Maverick Baker viết kịch bản


Xem video: Cách xoá nếp nhăn chống lão hoá ở độ tuổi 35-40 phần 3. Dr ngọc (Tháng Sáu 2021).