Боаз Альмог заставляет суперпроводник левитировать

Как может супертонкий диск чуть меньше 8 см в диаметре поднимать вес в 70 тысяч раз больше собственного? Боаз Альмог показывает как феномен, известный под названием квантовый замо́к, даёт суперпроводнику возможность двигаться над магнитным рельсом без трения и без потери энергии. Выступление поражает фантастичностью и захватывающими демонстрациями.

Феномен, который вы сейчас недолго наблюдали,

называется квантовой левитацией и квантовым замком.

А объект, который здесь левитировал,

называется суперпроводником.

Суперпроводимость — квантовое состояние материи (пятое состояние вещества),

которое возникает только ниже определённой критической температуры.

В общем-то, это достаточно известный феномен;

он был открыт 100 лет назад.

Но только недавно,

в результате развития высоких технологий,

мы можем теперь демонстрировать вам

эффект квантовой левитации и квантового замка.

Итак, суперпроводник определяется по двум свойствам:

первое: нулевое сопротивление в электрическом поле,

второе: выталкивание магнитного поля из себя (непроницаемость для магнитного поля).

Сложно звучит, правда?

Но что же такое электрическое сопротивление?

Электричество — это поток электронов внутри материала.

Эти электроны, пока движутся,

сталкиваются с атомами и в результате таких коллизий,

теряется определённое количество энергии.

Электроны рассеивают эту энергию в виде тепла. Вы все знаете этот эффект.

Тем не менее, внутри суперпроводника таких столкновений нет,

поэтому нет потери энергии.

Здорово, только подумайте об этом.

В классической физике всегда существует трение, то есть потеря энергии.

Но не в нашем случае, не при квантовом эффекте.

И это ещё не всё: суперпроводники не любят магнитное поле.

Следовательно, суперпроводник будет пытаться изгнать магнитное поле вон из себя,

а делать это он будет путём циркуляции электрического тока.

Вот и получается, слияние двух эффектов:

непроницаемость для магнитного поля и нулевое сопротивление в электрическом поле —

вот что такое есть суперпроводник.

Но мы знаем, что идеальной картинки часто не получается,

иногда линии магнитного поля остаются внутри суперпроводника.

И при соответствующих условиях, которые у нас здесь есть,

эти линии магнитного поля могут быть заперты внутри суперпроводника.

Эти «нити» магнитного поля внутри суперпроводника

дискретны (порционны).

Почему? Потому что это и есть квантовый феномен. Квантовая физика.

И получается, что ведут себя эти линии магнитного поля, как квантовые частицы.

В клипе видно, как они движутся один за другим дискретно (порциями).

Это — линии магнитного поля. Это не частицы,

но ведут они себя, как частицы.

Именно поэтому мы называем этот эффект квантовой левитацией и квантовым замком.

Что же происходит с суперпроводником, когда мы помещаем его в магнитное поле?

Ну, во-первых, силовые линии магнитного поля «сидят» внутри,

а суперпроводник не хочет, чтобы они там двигались,

потому что такое движение вызывает потерю энергии,

а это нарушает состояние суперпроводимости.

И суперпроводник блокирует эти силовые линии,

которые называются флюксонами, то есть запирает (зажимает) флюксоны на месте.

И делая это, он и себя фиксирует в постоянном состоянии.

Почему? Потому что любое движение самого суперпроводника

изменит и местоположение линий, изменит их конфигурацию.

Так мы получаем квантовый замок. Позвольте покажу, как это работает.

Вот у меня здесь суперпроводник, который я укутал , чтобы он оставался холодным.

Когда я помещаю его над обыкновенным магнитом,

он словно зависает в воздухе.

(Аплодисменты)

И это не просто левитация. Это не просто отталкивание.

Я могу поменять позицию флюксонов и снова он «замкнётся» в новом положении.

Вот так, или чуть вправо, или влево...

Квантовый замок — это фиксирование суперпроводника в трёхмерном пространстве.

Конечно, я могу перевернуть его вверх ногами,

и он останется зафиксированным.

Только сейчас мы понимаем, что так называемая левитация...

на самом деле является замком (сцеплением).

Вы не удивитесь, узнав, что если я возьму этот круговой магнит,

в котором магнитное поле одинаковое по кругу,

что позволит суперпроводнику свободно вращаться по оси магнита.

Почему? Потому что пока он вращается, сцепление (замок) остаётся неизменным.

Видите? Я могу немного подправить его положение и снова раскрутить.

У нас движение без трения. Он левитирует и свободно движется вокруг себя.

Итак, у нас есть квантовый замок и левитация над данным магнитом.

Но сколько там флюксонов, сколько линий магнитного поля внутри одного такого диска?

Ну, можно посчитать, и получится достаточно много.

Сто триллионов «нитей» магнитного поля внутри 7 сантиметрового диска .

Но это ещё не самое занимательное, потому что я ещё не всё вам рассказал.

А вот занимательная часть в том, что суперпроводник, который вы видите,

толщиной только в полмикрона. Он очень тонкий.

И эта очень тонкая пластина может выдержать нагрузку в 70 тысяч раз больше собственного веса.

Это удивительный эффект. Очень он сильный.

Я могу увеличить круговой магнит,

и сделать из него любую конфигурацию.

Например, могу сделать большую круглую железную дорогу.

И когда я помещаю суперпроводник над этим рельсом,

он свободно движется.

(Аплодисменты)

И это ещё не всё. Я могу изменить его положение вот так и снова запустить по кругу,

и он снова вращается и крутится в новом заданном положении.

Я могу даже попробовать новую идею. Давайте попробуем. Это впервые.

Я могу взять диск и подвесить его здесь,

а пока он висит здесь... не двигайся...

я попробую перевернуть рельсу,

и, надеюсь, если я правильно все сделал,

диск останется подвешенным.

(Аплодисменты)

Видите, это квантовый замок, а не левитация.

Пусть он покрутится ещё немного,

а я ещё расскажу о суперпроводниках.

Итак... (Смех)

Мы теперь знаем, что можем закрыть огромное количество силовых линий полей внутри,

это даёт нам возможность производить сильное магнитное поле,

которое необходимо для магнитно-резонансной аппаратуры, для ускорителей частиц и прочее.

Мы можем сохранять энергию, используя суперпроводники,

потому что нет потери энергии.

Может производить супер высоковольтные кабели, которые будут передавать электрический ток.

Представьте, что можно обойтись одним суперпроводниковым кабелем, чтобы обеспечить работу всей электростанции.

Но какое будущее у квантовой левитации и квантового замка?

Позвольте мне ответить на этот вопрос примером.

Представьте, что есть почти такой диск, как у меня в руке,

7 см в диаметре, но с одним отличием.

Слой суперпроводимости вместо половины микрона толщиной

будет два миллиметра, то есть достаточно большой.

Этот двухмиллиметровый суперпроводниковый слой сможет выдержать нагрузку в тысячу кг, то есть маленькую машину, которую я смогу держать в руках.

Поразительно. Спасибо.

(Аплодисменты)