Jẹ ki a ṣe nkan wa ati boya iyipada yoo wa

Awọn awari nla, awọn imọran igboya, awọn aṣeyọri imọ-jinlẹ. Awọn media ti kun fun iru awọn agbekalẹ, nigbagbogbo nbumọ. Ibikan ni ojiji ti “fisiksi nla”, LHC, awọn ibeere imọ-jinlẹ ipilẹ ati ija lodi si Awoṣe Standard, awọn oniwadi ti n ṣiṣẹ ni ipalọlọ n ṣe iṣẹ wọn ni ipalọlọ, ni ironu nipa awọn ohun elo ti o wulo ati faagun aaye ti oye wa ni igbese nipa igbese.

“Jẹ ki a ṣe ohun tiwa” le dajudaju jẹ ọrọ-ọrọ ti awọn onimọ-jinlẹ ti o ni ipa ninu idagbasoke isọdọkan thermonuclear. Fun, pelu awọn idahun nla si awọn ibeere nla, ojutu ti ilowo, awọn iṣoro ti o dabi ẹnipe ko ṣe pataki ti o ni nkan ṣe pẹlu ilana yii, ni o lagbara lati ṣe iyipada aye.

Boya, fun apẹẹrẹ, yoo ṣee ṣe lati ṣe idapọ iparun kekere-pẹlu awọn ohun elo ti o baamu lori tabili kan. Awọn onimo ijinlẹ sayensi ni Yunifasiti ti Washington kọ ẹrọ naa ni ọdun to kọja Z-pọ (1), eyiti o lagbara lati ṣetọju ifaseyin idapọ laarin awọn iṣẹju-aaya 5, botilẹjẹpe alaye iwunilori akọkọ ni miniaturization ti riakito, eyiti o jẹ gigun 1,5 m nikan. Z-pinch n ṣiṣẹ nipasẹ didẹ ati titẹ pilasima ni aaye oofa ti o lagbara.

Ko munadoko pupọ, ṣugbọn o le ṣe pataki pupọ akitiyan lati . Gẹgẹbi iwadii nipasẹ Ẹka Agbara AMẸRIKA (DOE), ti a tẹjade ni Oṣu Kẹwa ọdun 2018 ninu iwe akọọlẹ Physics of Plasmas, awọn reactors fusion ni agbara lati ṣakoso oscillation pilasima. Awọn igbi wọnyi nfa awọn patikulu agbara-giga jade kuro ni agbegbe ifaseyin, mu diẹ ninu awọn agbara ti o nilo fun iṣesi idapọ. Iwadi DOE tuntun kan ṣe apejuwe awọn iṣeṣiro kọnputa ti o ni ilọsiwaju ti o le ṣe atẹle ati asọtẹlẹ iṣeto igbi, fifun awọn onimọ-jinlẹ ni agbara lati ṣe idiwọ ilana naa ati tọju awọn patikulu labẹ iṣakoso. Awọn onimo ijinlẹ sayensi nireti pe iṣẹ wọn yoo ṣe iranlọwọ ni ikole ITER, boya julọ olokiki esiperimenta fusion riakito ise agbese ni France.

Bakannaa awọn aṣeyọri bii pilasima otutu 100 million iwọn Celsius, ti o gba ni opin ọdun to koja nipasẹ ẹgbẹ ti awọn onimọ-jinlẹ ni China Institute of Plasma Physics in the Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), jẹ apẹẹrẹ ti ilọsiwaju-nipasẹ-igbesẹ si ọna idapọ daradara. Gẹgẹbi awọn amoye ti n ṣalaye lori iwadi naa, o le jẹ pataki pataki ninu iṣẹ akanṣe ITER ti a ti sọ tẹlẹ, ninu eyiti China ṣe alabapin pẹlu awọn orilẹ-ede 35 miiran.

Superconductors ati ẹrọ itanna

Agbegbe miiran ti o ni agbara nla, nibiti dipo kekere, awọn igbesẹ irora ti wa ni gbigbe dipo awọn aṣeyọri nla, ni wiwa fun awọn alabojuto iwọn otutu giga. (2). Laanu, ọpọlọpọ awọn itaniji eke ati awọn aibalẹ ti tọjọ wa. Nigbagbogbo awọn ijabọ media rave tan jade lati jẹ awọn abumọ tabi larọrun lasan. Paapaa ninu awọn ijabọ to ṣe pataki diẹ sii nigbagbogbo “ṣugbọn”. Gẹgẹbi ninu ijabọ aipẹ, awọn onimo ijinlẹ sayensi ni Ile-ẹkọ giga ti Chicago ti ṣe awari superconductivity, agbara lati ṣe ina mọnamọna laisi pipadanu ni awọn iwọn otutu ti o ga julọ ti o ti gbasilẹ. Lilo imọ-ẹrọ gige-eti ni Argonne National Laboratory, ẹgbẹ kan ti awọn onimo ijinlẹ sayensi agbegbe ṣe iwadi kilasi awọn ohun elo ninu eyiti wọn ṣe akiyesi superconductivity ni awọn iwọn otutu ni ayika -23 ° C. Eyi jẹ fo ti iwọn 50 lati igbasilẹ timo ti tẹlẹ.

2. Superconductor ni aaye oofa

Awọn apeja, sibẹsibẹ, ni wipe o ni lati kan pupo ti titẹ. Awọn ohun elo ti a ṣe idanwo jẹ hydrides. Fun igba diẹ, lanthanum perhydride ti jẹ anfani pataki. Ninu awọn idanwo, o rii pe awọn ayẹwo tinrin pupọ ti ohun elo yii ṣe afihan agbara-agbara labẹ iṣe ti awọn titẹ ni sakani lati 150 si 170 gigapascals. Awọn abajade ti a tẹjade ni Oṣu Karun ninu iwe akọọlẹ Iseda, ti a kọwe nipasẹ Prof. Vitaly Prokopenko ati Eran Greenberg.

Lati ronu nipa ohun elo ti o wulo ti awọn ohun elo wọnyi, iwọ yoo ni lati dinku titẹ ati tun iwọn otutu, nitori paapaa si -23 ° C ko wulo pupọ. Ṣiṣẹ lori rẹ jẹ aṣoju fisiksi igbesẹ kekere, ti nlọ fun awọn ọdun ni awọn ile-iṣere ni ayika agbaye.

Kanna kan si loo iwadi. oofa iyalenu ni Electronics. Laipẹ diẹ sii, ni lilo awọn iwadii oofa ti o ni imọra pupọ, ẹgbẹ kariaye ti awọn onimọ-jinlẹ ti rii ẹri iyalẹnu pe magnetism ti o waye ni wiwo awọn fẹlẹfẹlẹ tinrin ti ohun elo afẹfẹ ti kii ṣe oofa le ni irọrun ni iṣakoso nipasẹ lilo awọn agbara ẹrọ kekere. Awari naa, ti a kede ni Oṣu kejila to kọja ni Fisiksi Iseda, ṣafihan ọna tuntun ati airotẹlẹ lati ṣakoso oofa, ni imọ-jinlẹ gbigba fun ironu nipa iranti oofa denser ati spintronics, fun apẹẹrẹ.

Awari yii ṣẹda aye tuntun fun miniaturization ti awọn sẹẹli iranti oofa, eyiti loni ti ni iwọn ti ọpọlọpọ awọn mewa ti nanometers, ṣugbọn miniaturization wọn siwaju nipa lilo awọn imọ-ẹrọ ti a mọ nira. Awọn atọkun oxide darapọ awọn nọmba kan ti awọn iyalẹnu ti ara ti o nifẹ gẹgẹbi iṣiṣẹ onisẹpo meji ati akikanju. Iṣakoso ti lọwọlọwọ nipasẹ ọna magnetism jẹ aaye ti o ni ileri pupọ ninu ẹrọ itanna. Wiwa awọn ohun elo pẹlu awọn ohun-ini to tọ, sibẹsibẹ ti ifarada ati olowo poku, yoo gba wa laaye lati ni pataki nipa idagbasoke spintronic.

o jẹ tiring na egbin ooru iṣakoso ni Electronics. UC Berkeley Enginners ti laipe ni idagbasoke kan tinrin-fiimu ohun elo (fiimu sisanra 50-100 nanometers) ti o le ṣee lo lati bọsipọ egbin ooru lati se ina agbara ni awọn ipele ti ko ri ṣaaju ki o to ni yi iru ti imo. O nlo ilana ti a npe ni iyipada agbara pyroelectric, eyiti iwadi imọ-ẹrọ titun fihan pe o dara fun lilo ninu awọn orisun ooru ni isalẹ 100 ° C. Eyi jẹ ọkan ninu awọn apẹẹrẹ tuntun ti iwadii ni agbegbe yii. Awọn ọgọọgọrun tabi paapaa ẹgbẹẹgbẹrun awọn eto iwadii ni ayika agbaye ti o ni ibatan si iṣakoso agbara ni ẹrọ itanna.

"Emi ko mọ idi, ṣugbọn o ṣiṣẹ"

Ṣe idanwo pẹlu awọn ohun elo tuntun, awọn iyipada alakoso wọn ati awọn iyalẹnu topological jẹ agbegbe ti o ni ileri pupọ ti iwadii, ko munadoko pupọ, nira ati ṣọwọn wuni si awọn media. Eyi jẹ ọkan ninu awọn ẹkọ ti a tọka si nigbagbogbo ni aaye ti fisiksi, botilẹjẹpe o gba ipolowo pupọ ni media, ti a pe. atijo ti won maa ko win.

Awọn idanwo pẹlu awọn iyipada alakoso ni awọn ohun elo nigbakan mu awọn abajade airotẹlẹ wa, fun apẹẹrẹ irin yo pẹlu ga yo ojuami yara otutu. Apeere kan ni aṣeyọri aipẹ ti awọn ayẹwo goolu yo, eyiti o maa yo ni 1064°C ni iwọn otutu yara, ni lilo aaye ina ati microscope elekitironi kan. Iyipada yii jẹ iyipada nitori pipa ina mọnamọna le tun mu goolu naa mulẹ lẹẹkansi. Bayi, aaye itanna ti darapọ mọ awọn ifosiwewe ti o mọ ti o ni ipa awọn iyipada alakoso, ni afikun si iwọn otutu ati titẹ.

Awọn ayipada ipele ni a tun ṣe akiyesi lakoko lile polusi ti ina lesa. Awọn abajade iwadi ti iṣẹlẹ yii ni a tẹjade ni igba ooru ti ọdun 2019 ninu iwe akọọlẹ Nature Physics. Ẹgbẹ kariaye lati ṣaṣeyọri eyi ni itọsọna nipasẹ Nuh Gedik (3), professor ti fisiksi ni Massachusetts Institute of Technology. Awọn onimo ijinlẹ sayensi rii pe lakoko yo ti o ni induced optically, awọn iyipada alakoso waye nipasẹ dida awọn ẹyọkan ninu ohun elo, ti a mọ ni awọn abawọn topological, eyiti o ni ipa lori abajade elekitironi ati awọn agbara latissi ninu ohun elo naa. Awọn abawọn topological wọnyi, gẹgẹ bi Gedik ṣe ṣalaye ninu atẹjade rẹ, jẹ afiwera si awọn iyipo kekere ti o waye ninu awọn olomi bii omi.

Fun iwadi wọn, awọn onimo ijinlẹ sayensi lo apapo ti lanthanum ati tellurium LaTe.₃. Awọn oniwadi ṣe alaye pe igbesẹ ti o tẹle yoo jẹ lati gbiyanju lati pinnu bi wọn ṣe le “ṣe awọn abawọn wọnyi ni ọna iṣakoso.” O ṣee ṣe, eyi le ṣee lo fun ibi ipamọ data, nibiti awọn itọsi ina yoo ṣee lo lati kọ tabi ṣe atunṣe awọn abawọn ninu eto, eyiti yoo ṣe deede si awọn iṣẹ ṣiṣe data.

Ati pe niwọn bi a ti de awọn iṣọn laser ultrafast, lilo wọn ni ọpọlọpọ awọn adanwo ti o nifẹ ati awọn ohun elo ti o ni ileri ni iṣe jẹ koko-ọrọ ti o han nigbagbogbo ninu awọn ijabọ imọ-jinlẹ. Fun apẹẹrẹ, ẹgbẹ ti Ignacio Franco, oluranlọwọ ọjọgbọn ti kemistri ati fisiksi ni University of Rochester, fihan laipe bi a ṣe le lo awọn iṣọn laser ultrafast lati abuda-ini ti ọrọ Oraz ina lọwọlọwọ iran ni iyara yiyara ju eyikeyi ilana ti a mọ si wa titi di isisiyi. Awọn oniwadi ṣe itọju awọn filaments gilasi tinrin pẹlu iye akoko ti miliọnu kan ti bilionu kan ti iṣẹju kan. Ni didoju oju, awọn ohun elo gilasi yipada si nkan bi irin ti o ṣe ina. Eyi ṣẹlẹ ni iyara ju ni eyikeyi eto ti a mọ ni isansa ti foliteji ti a lo. Itọsọna ti sisan ati kikankikan ti isiyi le jẹ iṣakoso nipasẹ yiyipada awọn ohun-ini ti tan ina lesa. Ati pe niwọn bi o ti le ṣakoso rẹ, gbogbo ẹlẹrọ itanna n wo pẹlu iwulo.

Franco ṣe alaye ninu atẹjade kan ni Ibaraẹnisọrọ Iseda.

Iseda ti ara ti awọn iṣẹlẹ wọnyi ko ni oye ni kikun. Franco funrararẹ fura pe awọn ilana bii ipa ti o ga, ie, ibamu ti itujade tabi gbigba ti quanta ina pẹlu aaye itanna kan. Ti o ba ṣee ṣe lati kọ awọn eto itanna ti n ṣiṣẹ da lori awọn iyalẹnu wọnyi, a yoo ni iṣẹlẹ miiran ti jara imọ-ẹrọ ti a pe A ko Mọ Idi, Ṣugbọn O Ṣiṣẹ.

Ifamọ ati iwọn kekere

Gyroscopes jẹ awọn ẹrọ ti o ṣe iranlọwọ fun awọn ọkọ ayọkẹlẹ, awọn drones, ati awọn ohun elo itanna ati awọn ẹrọ to ṣee gbe kiri ni aaye onisẹpo mẹta. Bayi wọn ti wa ni lilo pupọ ni awọn ẹrọ ti a lo lojoojumọ. Ni ibẹrẹ, awọn gyroscopes jẹ ṣeto ti awọn kẹkẹ ti itẹ-ẹiyẹ, ti ọkọọkan wọn yi ni ayika ipo tirẹ. Loni, ninu awọn foonu alagbeka, a rii awọn sensọ microelectromechanical (MEMS) ti o wọn awọn iyipada ninu awọn ipa ti n ṣiṣẹ lori awọn ọpọ eniyan kanna, oscillating ati gbigbe ni ọna idakeji.

Awọn gyroscopes MEMS ni awọn idiwọn ifamọ pataki. Nitorina o n kọ opitika gyroscopes, laisi awọn ẹya gbigbe, fun awọn iṣẹ-ṣiṣe kanna ti o lo lasan ti a npe ni Sagnac ipa. Sibẹsibẹ, titi di isisiyi iṣoro kan wa ti miniaturization wọn. Awọn gyroscopes opiti iṣẹ giga ti o kere julọ ti o wa tobi ju bọọlu ping pong kan ko dara fun ọpọlọpọ awọn ohun elo to ṣee gbe. Bibẹẹkọ, awọn onimọ-ẹrọ ni Ile-ẹkọ giga ti Imọ-ẹrọ Caltech, ti Ali Hadjimiri dari, ti ṣe agbekalẹ gyroscope tuntun ti opiti ti ẹdẹgbẹta igba kereohun ti a mọ bẹ jina4). O mu ifamọ rẹ pọ si nipasẹ lilo ilana tuntun ti a pe ni "imudara pelu owo»Laarin awọn ina meji ti ina ti a lo ninu aṣoju interferometer Sagnac kan. Ẹrọ tuntun naa ni a ṣe apejuwe ninu nkan ti a tẹjade ni Iseda Photonics ni Oṣu kọkanla to kọja.

4. Gyroscope Optical ni idagbasoke nipasẹ Ali Hadjimiri ati awọn ẹlẹgbẹ rẹ. 

Idagbasoke gyroscope opiti deede le mu iṣalaye ti awọn fonutologbolori pọ si. Ni ọna, o ti kọ nipasẹ awọn onimọ-jinlẹ lati Imọ-ẹrọ Columbia. akọkọ alapin lẹnsi ti o lagbara ni idojukọ deede ni iwọn ọpọlọpọ awọn awọ ni aaye kanna laisi iwulo fun awọn eroja afikun le ni ipa awọn agbara aworan ti ohun elo alagbeka. Lẹnsi alapin micron-tinrin rogbodiyan jẹ tinrin ni pataki ju dì iwe kan ati pe o pese iṣẹ ṣiṣe ti o jọra si awọn lẹnsi akojọpọ Ere. Awọn awari ẹgbẹ, ti Nanfang Yu, oluranlọwọ ọjọgbọn ti fisiksi ti a lo, ni a ṣe agbekalẹ ninu iwadi ti a tẹjade ninu iwe akọọlẹ Iseda.

Awọn onimo ijinlẹ sayensi ti kọ awọn lẹnsi alapin lati "metaatomu". Metatom kọọkan jẹ ida kan ti iha gigun ti ina ni iwọn ati idaduro awọn igbi ina nipasẹ iye ti o yatọ. Nipa kikọ ipele alapin tinrin pupọ ti awọn nanostructures lori sobusitireti ti o nipọn bi irun eniyan, awọn onimo ijinlẹ sayensi ni anfani lati ṣaṣeyọri iṣẹ ṣiṣe kanna bi eto lẹnsi aṣa ti o nipon pupọ ati iwuwo. Metalens le ropo bulky lẹnsi awọn ọna šiše ni ọna kanna ti alapin iboju TVs ti rọpo cathode ray tube TVs.

Kini idi ti collider nla nigbati awọn ọna miiran wa

Fisiksi ti awọn igbesẹ kekere tun le ni awọn itumọ ati awọn itumọ oriṣiriṣi. Fun apere - dipo kiko awọn ẹya nla ti o tobi pupọ ati ibeere paapaa awọn ti o tobi ju, gẹgẹ bi ọpọlọpọ awọn onimọ-jinlẹ ṣe, eniyan le gbiyanju lati wa awọn idahun si awọn ibeere nla pẹlu awọn irinṣẹ iwọntunwọnsi diẹ sii.

Pupọ awọn accelerators mu awọn opo patiku mu yara nipasẹ ṣiṣe ina mọnamọna ati awọn aaye oofa. Sibẹsibẹ, fun igba diẹ o ṣe idanwo pẹlu ilana ti o yatọ - pilasima accelerators, isare ti awọn patikulu ti o gba agbara gẹgẹbi awọn elekitironi, awọn positrons ati awọn ions nipa lilo aaye itanna kan ni idapo pẹlu igbi ti a ṣe ni pilasima elekitironi. Laipẹ Mo ti n ṣiṣẹ lori ẹya tuntun wọn. Ẹgbẹ AWAKE ni CERN nlo awọn protons (kii ṣe elekitironi) lati ṣẹda igbi pilasima kan. Yipada si awọn protons le gba awọn patikulu si awọn ipele agbara ti o ga ni igbesẹ kan ti isare. Awọn ọna miiran ti isare aaye ijidide pilasima nilo awọn igbesẹ pupọ lati de ipele agbara kanna. Awọn onimo ijinlẹ sayensi gbagbọ pe imọ-ẹrọ ti o da lori proton le fun wa laaye lati kọ kere, din owo, ati awọn iyara ti o lagbara diẹ sii ni ọjọ iwaju.

5. Imuyara kekere ipele meji lati DESY - iworan

Ni Tan, sayensi lati DESY (kukuru fun Deutsches Elektronen-Synchrotron - German itanna synchrotron) ṣeto a titun gba ni awọn aaye ti miniaturization ti patiku accelerators ni Keje. Ohun imuyara terahertz diẹ sii ju ilọpo meji agbara ti awọn elekitironi abẹrẹ (5). Ni akoko kanna, iṣeto naa ṣe ilọsiwaju didara ti itanna elekitironi ni akawe si awọn adanwo iṣaaju pẹlu ilana yii.

Franz Kärtner, ori ti ultrafast optics ati X-ray ẹgbẹ ni DESY, salaye ninu a tẹ Tu. -

Ohun elo ti o somọ ṣe agbejade aaye isare pẹlu kikankikan ti o pọju ti 200 million volts fun mita kan (MV/m) - ni ibamu si ohun imuyara aṣa igbalode ti o lagbara julọ.

Ni Tan, titun kan, jo kekere aṣawari ALFA-g (6), itumọ ti nipasẹ awọn Canadian ile TRIUMF ati ki o bawa si CERN sẹyìn odun yi, ni o ni awọn iṣẹ-ṣiṣe ti wiwọn isare gravitational ti antimatter. Njẹ antimatter n yara ni iwaju aaye gravitational lori ilẹ nipasẹ +9,8 m/s2 (isalẹ), nipasẹ -9,8 m/s2 (soke), nipasẹ 0 m/s2 (ko si isare walẹ rara), tabi ni diẹ ninu miiran iye? O ṣeeṣe ti o kẹhin yoo ṣe iyipada fisiksi. Ohun elo ALPHA-g kekere kan le, ni afikun si idaniloju aye ti “egboogi-walẹ”, dari wa ni ọna ti o yori si awọn ohun ijinlẹ nla julọ ti agbaye.

Ni iwọn paapaa ti o kere ju, a n gbiyanju lati ṣe iwadi awọn iyalẹnu ti ipele kekere paapaa. Loke 60 bilionu revolutions fun keji O le ṣe apẹrẹ nipasẹ awọn onimọ-jinlẹ lati Ile-ẹkọ giga Purdue ati awọn ile-ẹkọ giga Kannada. Gẹgẹbi awọn onkọwe ti idanwo naa ninu nkan ti a tẹjade ni awọn oṣu diẹ sẹhin ni Awọn lẹta Atunwo Ti ara, iru ẹda yiyi ni iyara yoo jẹ ki wọn loye daradara. asiri .

Nkan naa, eyiti o wa ni yiyi pupọ kanna, jẹ ẹya nanoparticle nipa 170 nanometer fifẹ ati 320 nanometers gigun, eyiti awọn onimọ-jinlẹ ṣajọpọ lati siliki. Ẹgbẹ oniwadi lefi ohun kan sinu igbale nipa lilo lesa, eyiti lẹhinna pulsed o ni iyara nla kan. Igbesẹ t’okan yoo jẹ lati ṣe awọn idanwo pẹlu awọn iyara iyipo giga paapaa, eyiti yoo gba laaye iwadii deede ti awọn imọ-jinlẹ ti ara, pẹlu awọn iru ija nla ti ija ni igbale. Bii o ti le rii, iwọ ko nilo lati kọ awọn ibuso ti awọn paipu ati awọn aṣawari nla lati koju awọn ohun ijinlẹ ipilẹ.

Ni ọdun 2009, awọn onimo ijinlẹ sayensi ṣakoso lati ṣẹda iru iho dudu pataki kan ninu yàrá ti o gba ohun. Niwon lẹhinna awọn wọnyi ohun kan  fihan pe o wulo bi awọn afọwọṣe yàrá ti nkan ti n fa ina. Ninu iwe ti a tẹjade ninu iwe akọọlẹ Iseda ni Oṣu Keje yii, awọn oniwadi ni Technion Israel Institute of Technology ṣapejuwe bi wọn ṣe ṣẹda iho dudu sonic ati wiwọn iwọn otutu itọsi Hawking rẹ. Awọn wiwọn wọnyi wa ni ila pẹlu iwọn otutu ti asọtẹlẹ Hawking. Bayi, o dabi pe ko ṣe pataki lati ṣe irin-ajo si iho dudu kan lati ṣawari rẹ.

Tani o mọ ti o ba farapamọ ninu awọn iṣẹ akanṣe imọ-jinlẹ ti o dabi ẹnipe o kere si, ni awọn igbiyanju yàrá ti o ni irora ati awọn adanwo leralera lati ṣe idanwo kekere, awọn imọ-jinlẹ pipin, jẹ awọn idahun si awọn ibeere nla julọ. Itan-akọọlẹ ti imọ-jinlẹ kọni pe eyi le ṣẹlẹ.