Боаз Алмог "левитира" свръхпроводник

Как може един супер-тънък, три-инчов диск да левитира 70,000 пъти собственото си тегло? Във впечатляваща, футуристична демонстрация, Боаз Алмог показва как един феномен, известен като квантово заключване позволява свръхпроводников диск да плава над магнитна релса - напълно без триене и с нулева загуба на енергия.

Това явление, което видяхте тук за кратък момент

се нарича квантова левитация и квантово заключване.

И обектът, който левитираше тук

се нарича свръхпроводник.

Свръхпроводимостта е квантово състояние на материята,

и се среща само под определена критична температура.

Сега това е доста старо явление;

Открито е преди 100 години.

Обаче, едва наскоро,

поради няколко технологични напредъка,

сме способни да ви демонстрираме

квантова левитация и квантово заключване.

Така че свръхпроводникът се определя от две свойства.

Първото е нулево електрическо съпротивление,

а второто е експулсирането на магнитно поле от вътрешността на свръхпроводника.

Това звучи сложно, нали?

Но какво е електрическото съпротивление?

И така електричеството е потока от електрони в даден материал.

И тези електрони, докато се движат,

те се сблъскват с атомите, и в тези сблъсквания

те губят определено количество енергия.

И те отделят тази енергия във формата на топлина, и вие знаете този ефект.

Въпреки това в свръхпроводника няма никакви колизии,

така че няма никакво разсейване на енергия.

Това е доста забележително. Помислете за това.

В класическата физика винаги има някакво триене, загуба на някои енергии.

Но не тук, защото това е квантовия ефект.

Но това не е всичко, защото свръхпроводниците не харесват магнитни полета.

Така че свръхпроводникът ще се опита да изгони магнитното поле отвътре,

и има средства да направи това чрез кръговрата на токове.

Сега комбинацията от двата ефекта -

експулсирането на магнитните полета и нулевото електрическо съпротивление

е точно свръхпроводник.

Но картината не е винаги перфектна, както всички знаем,

и понякога части от магнитното поле остават вътре в проводника.

Сега при подходящи условия, които имаме тук,

тези части на магнитното поле могат да бъдат хванати вътре в проводника.

И тези части на магнитното поле вътре в проводника,

те идват в отделни количества.

Защо? Тъй като това е квантов феномен. Това е квантова физика.

И се оказва, че те се държат като квантови частици.

В този филм тук можете да видите как те преминават дискретно един по един.

Това са части на магнитно поле. Те не са частици,

но те се държат като частици.

Така че ето защо ние наричаме този ефект квантова левитация и квантово заключване.

Но какво става със свръхпроводника когато го поставим вътре в магнитно поле?

Ами първо част от магнитното поле е останало вътре

но сега свръхпроводникът не харесва движението им,

защото техните движения разсейват енергия,

което прекъсва свръхпроводимото състояние.

Така че това което всъщност прави, е че блокира тези части,

които се наричат флуксони и той блокира тези флуксони на място.

Извършвайки това, той в действителност заключва самия себе си на място.

Защо? Тъй като всяко движение на свръхпроводника ще промени мястото им,

ще промени конфигурацията им.

Така че получаваме квантово заключване. И нека да ви покажа как става това.

Имам тук такъв свръхпроводник, който опаковах, така че да остане студен достатъчно дълго.

И когато го поставя върху редовен магнит,

Той просто остава заключен във въздуха.

(Аплодисменти)

Сега това не е просто левитация. Не е просто отблъскване.

Мога да пренаредя флуксоните, и то ще бъде заключено в тази нова конфигурация.

Като това, или го преместваме леко надясно или наляво.

И така това е квантовото-действително заключване - триизмерно блокиране на свръхпроводника.

Разбира се мога да го обърна с главата надолу,

и ще остане заключен.

Сега, като разбираме, че тази така наречена левитация действително е блокиране,

да, разбираме това.

Няма да бъдете изненадани да чуете, че ако взема този кръгов магнит,

в който магнитното поле е същото навсякъде,

свръхпроводникът ще може свободно да се върти около оста на магнита.

Защо? Тъй като, докато той се върти, заключването се поддържа.

Виждате ли? Мога да коригирам и мога да въртя свръхпроводника.

Имаме движение без търкане. Той все още левитира, но може да се мести свободно наоколо.

Така че имаме квантово заключване и можем да го левитираме над този магнит.

Но колко флуксони, колко магнитни нишки са в един диск като този?

Ами можме да изчислим, и се оказва, доста.

Сто милиарда частици на магнитното поле в този диск от три инча.

Но това не е страхотната част още, защото все още не съм ви казал нещо.

И да, невероятната част е, че този свръхпроводник, който виждате тук

е само половин микрон дебел. Това е изключително тънко.

И този изключително тънък слой може да левитира повече от 70 000 пъти теглото си.

Това е забележителен ефект. Това е много силно.

Сега мога да разширя този кръгов магнит,

и да създам каквото поле си поискам.

Например мога да направя голяма кръгова релса тук.

Когато поставя свръхпроводящия диск върху тази релса,

той се движи свободно.

(Аплодисменти)

И отново, това не е всичко. Мога да коригирам позицията му така, както и да го завъртя,

и той свободно се премества в това ново положение.

И дори мога да опитам ново нещо; нека да го опитаме за първи път.

Мога да взема този диск и да го поставя тук,

и докато той остава тук - не се премества -

ще се опитам да завъртя коловоза,

и да се надяваме, ако го направих правилно,

той ще остане във въздуха.

(Аплодисменти)

Вие виждате, това е квантово заключване, не левитация.

Сега, докато го оставя да се върти още малко,

Нека да ви разкажа малко повече за свръхпроводниците.

Сега - (смях) -

Ссега знаем, че сме в състояние да прехвърлим огромно количество енергия в свръхпроводниците,

така че да можем да ги използваме, за да се получат силни магнитни полета,

като необходимите за ЯМР машините, ускорителите на частици и т. н.

Но ние също можем да съхраняваме енергия, използвайки свръхпроводниците,

защото нямаме разсейване.

И ние също можем да произвеждаме силови кабели, да прехвърляме огромни количества енергия между електроцентрали.

Представете си, да можете да архивирате единична електроцентрала с един свръхпроводящ кабел.

Но какво е бъдещето на квантовата левитация и квантовото заключване?

Ами нека да отговоря на този прост въпрос с пример.

Представете си, че имате диск, подобен на този, който имам тук в ръката си,

три инча в диаметър, с една разлика.

Свръхпроводящият слой, вместо да е половин микрон тънък,

е два милиметра тънък, доста тънък.

Този два милиметъра тънък свръхпроводящ слой може да държи 1000 килограма, малък автомобил, в ръката ми.

Невероятно. Благодаря ви.

(Аплодисменти)