Nel fantastico mondo della fisica, l'impossibile, anche se non immediatamente, ma diventa comunque possibile. E ultimamente, gli scienziati sono riusciti a realizzare cose davvero super impossibili. La scienza sta progredendo. Solo un mostro della pasta sa cos'altro ci aspetta nelle sue viscere più segrete. Oggi analizzeremo una dozzina di cose, stati e oggetti irreali che sono diventati possibili grazie alla fisica moderna.
Temperature incredibilmente basse
In passato, gli scienziati non sono stati in grado di raffreddare oggetti al di sotto della cosiddetta soglia del "limite quantistico". Per raffreddare qualcosa a un tale stato, è necessario utilizzare un laser con atomi che si muovono molto lentamente e sopprimere le vibrazioni che generano calore.
Tuttavia, i fisici hanno trovato la soluzione giusta. Hanno creato un piccolissimo tamburo vibrante in alluminio e sono stati in grado di raffreddarlo fino a 360 µK, che è 10.000 volte la temperatura nelle profondità dello spazio.
Il diametro del tamburo è di soli 20 micrometri (il diametro di un capello umano è di 40-50 micrometri). È stato possibile raffreddarlo a temperature così bassissime grazie a una nuova tecnologia della cosiddetta "luce schiacciata", in cui tutte le particelle hanno la stessa direzione. Ciò elimina le vibrazioni che generano calore nel laser. Anche se il tamburo è stato raffreddato alla temperatura più bassa possibile, non è il tipo di materia più freddo. Questo titolo appartiene al condensato di Bose - Einstein. Anche così, il successo gioca un ruolo importante. Da un giorno un metodo e una tecnologia simili potrebbero trovare la loro applicazione per creare elettronica ultraveloce, oltre che aiutare a comprendere lo strano comportamento dei materiali nel mondo quantistico, avvicinandosi nelle loro proprietà ai limiti fisici.
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La luce più brillante
La luce del sole è accecante. Ora immagina la luce di un miliardo di soli. È stato lui che è stato recentemente creato dai fisici in laboratorio, infatti, avendo creato la luce artificiale più brillante sulla Terra, che, per di più, si comporta in modo molto imprevedibile. Cambia l'aspetto degli oggetti. Tuttavia, questo non è disponibile per la visione umana, quindi resta da prendere in parola i fisici.
Buco nero molecolare
Un gruppo di fisici ha recentemente creato qualcosa che si comporta come un buco nero. Per fare questo, hanno preso il laser a raggi X più potente al mondo Linac Coherent Light Source (LCLS) e l'hanno usato per far collidere le molecole di iodometano e iodobenzene. Inizialmente, ci si aspettava che l'impulso laser eliminasse la maggior parte degli elettroni dall'orbita degli atomi di iodio, lasciando un vuoto al loro posto. Negli esperimenti con laser più deboli, questo vuoto, di regola, veniva immediatamente riempito di elettroni dai confini più esterni dell'orbita atomica. Quando il laser LCLS ha colpito, il processo previsto è effettivamente iniziato, ma poi è seguito un fenomeno davvero sorprendente. Avendo ricevuto un tale livello di eccitazione, l'atomo di iodio iniziò a divorare letteralmente gli elettroni dagli atomi di idrogeno e carbonio vicini. Dall'esterno, sembrava un minuscolo buco nero all'interno della molecola.
I successivi impulsi laser hanno eliminato gli elettroni attratti, ma il vuoto ha attirato sempre di più. Il ciclo è stato ripetuto fino a quando l'intera molecola è esplosa. È interessante notare che l'atomo della molecola di iodio era l'unico che mostrava tale comportamento. Poiché è in media più grande di altri, è in grado di assorbire un'enorme quantità di energia dei raggi X e perdere i suoi elettroni originali. Questa perdita lascia l'atomo con una carica positiva sufficientemente forte, con la quale attrae elettroni da altri atomi più piccoli.
Idrogeno metallico
È stato chiamato il "Santo Graal della fisica ad alta pressione", ma fino a poco tempo nessuno è riuscito a ottenerlo. La possibilità di convertire l'idrogeno in metallo fu annunciata per la prima volta nel 1935. I fisici dell'epoca suggerirono che una tale trasformazione poteva essere provocata da una pressione molto forte. Il problema era che le tecnologie di quel tempo non potevano creare tale pressione.
Nel 2017, il team di fisici americani ha deciso di tornare alla vecchia idea, ma ha adottato un approccio diverso. L'esperimento è stato condotto all'interno di un dispositivo speciale chiamato morsa di diamante. La pressione generata da questa morsa è prodotta da due diamanti sintetici posti su entrambi i lati della pressa. Grazie a questo dispositivo, è stata raggiunta una pressione incredibile: oltre 71,7 milioni di psi. Anche al centro della terra la pressione è minore.
Chip di computer con cellule cerebrali
Respirando l'elettronica, la luce potrebbe un giorno sostituire l'elettricità. I fisici hanno realizzato l'incredibile potenziale della luce decenni fa, quando è diventato chiaro che le onde luminose potevano muoversi parallelamente tra loro e quindi eseguire molti compiti simultanei. La nostra elettronica si basa sui transistor per aprire e chiudere i percorsi per il viaggio dell'elettricità. Questo schema impone molte restrizioni. Tuttavia, recentemente gli scienziati hanno creato un'invenzione straordinaria: un chip per computer che imita il lavoro del cervello umano. Grazie all'uso di fasci di luce interagenti che funzionano come neuroni in un cervello vivente, questo chip è in grado di "pensare" davvero molto rapidamente.
In precedenza, gli scienziati potevano anche creare semplici reti neurali artificiali, ma tali apparecchiature richiedevano diversi tavoli da laboratorio. Era considerato impossibile creare qualcosa con la stessa efficienza, ma di dimensioni molto più piccole. Eppure è riuscito. Il chip a base di silicio ha una dimensione di pochi millimetri. E conduce operazioni di calcolo utilizzando 16 neuroni integrati. Succede così. Una luce laser viene fornita al chip, che è diviso in più raggi, ognuno dei quali contiene un numero di segnale o informazioni che variano nel livello di luminosità. L'intensità di uscita dei laser fornisce la risposta a un problema numerico o qualsiasi informazione per la quale era richiesta una soluzione.
Forma impossibile della materia
Esiste un tipo di materia chiamata "solido superfluido". E in effetti, questa faccenda non è così terribile come potrebbe sembrare dal nome. Il fatto è che questa forma di materia molto bizzarra ha una struttura cristallina caratteristica dei solidi, ma allo stesso tempo è un liquido. Questo paradosso è rimasto a lungo irrealizzato. Tuttavia, nel 2016, due gruppi indipendenti di scienziati (americani e svizzeri) hanno creato materia, che può essere giustamente attribuita alle proprietà di un solido superfluido. È interessante notare che entrambi i team hanno utilizzato approcci diversi per crearlo.
Gli svizzeri hanno creato il condensato di Bose-Einstein (la materia più fredda conosciuta) raffreddando il gas di rubidio a temperature estremamente basse. Quindi la condensa è stata collocata in un'installazione a due camere, in ciascuna camera di cui sono stati installati piccoli specchi diretti l'uno verso l'altro. I raggi laser sono stati diretti nelle telecamere, il che ha innescato la trasformazione. Le particelle di gas, in risposta all'azione del laser, hanno costruito la struttura cristallina del solido, ma in generale la materia ha mantenuto la sua proprietà fluida.
Gli americani hanno ottenuto una materia ibrida simile basata su un condensato di atomi di sodio, anch'esso fortemente raffreddato ed esposto a un laser. Questi ultimi sono stati utilizzati per spostare la densità degli atomi prima della comparsa di una struttura cristallina in forma liquida.
Fluido di massa negativo
Nel 2017, i fisici hanno creato una cosa davvero interessante: una nuova forma di materia che si muove verso la forza che la respinge. Sebbene non sia davvero un boomerang, questa materia ha quella che potresti chiamare massa negativa. Con una massa positiva, tutto è chiaro: dai un'accelerazione a un oggetto e inizia a muoversi nella direzione in cui è stata trasmessa questa accelerazione. Tuttavia, gli scienziati hanno creato un fluido che funziona in modo molto diverso da qualsiasi altra cosa nel mondo fisico. Quando viene premuto, accelera fino alla fonte dell'accelerazione che viene esercitata.
E ancora il condensato di Bose-Einstein è venuto in soccorso in questa materia, nel cui ruolo erano gli atomi di rubidio raffreddati a temperature ultra basse. Pertanto, gli scienziati hanno ottenuto un liquido superfluido con una massa normale. Quindi hanno fortemente compresso gli atomi con i laser. Quindi, con la seconda serie di laser, hanno fortemente eccitato gli atomi, tanto che hanno cambiato i loro giri. Quando gli atomi fossero liberati dalla presa del laser, la reazione di un normale liquido sarebbe l'impulso a spostarsi dal centro di fissazione, che di fatto può essere interpretato come una spinta. Tuttavia, il liquido superfluido costituito da rubidio, ai cui atomi è stata data un'accelerazione sufficiente, è rimasto in posizione quando è stato rilasciato dall'impugnatura laser, dimostrando così una massa negativa.
Cristalli del tempo
Quando Frank Wilczek, il premio Nobel, ha proposto per la prima volta l'idea dei cristalli del tempo, sembrava folle. Soprattutto nella parte in cui è stato spiegato che questi cristalli possono avere movimento, pur rimanendo in uno stato di quiete, cioè dimostrando il livello più basso di energia della materia. Sembrava impossibile, poiché l'energia è richiesta per il movimento, e la teoria, a sua volta, diceva che non c'era praticamente energia in tali cristalli. Wilczek credeva che il moto perpetuo potesse essere ottenuto cambiando lo stato fondamentale dell'atomo di cristallo da stazionario a periodico. Questo andava contro le leggi della fisica che conosciamo, ma nel 2017, 5 anni dopo che Wilczek lo aveva suggerito, i fisici hanno trovato un modo per farlo. Di conseguenza, un cristallo del tempo è stato creato presso l'Università di Harvard, dove le impurità dell'azoto "ruotavano" nei diamanti.
Specchi Bragg
Lo specchio di Bragg non è altamente riflettente ed è composto da 1000-2000 atomi. Ma è in grado di riflettere la luce, il che lo rende utile ovunque siano necessari piccoli specchi, come nell'elettronica avanzata. Anche la forma di un tale specchio è insolita. I suoi atomi sono sospesi nel vuoto e assomigliano a una catena di perline. Nel 2011, un gruppo di scienziati tedeschi è stato in grado di creare uno specchio di Bragg, che a quel tempo aveva il più alto livello di riflessione (circa l'80%). Per fare questo, gli scienziati hanno combinato 10 milioni di atomi in una struttura reticolare.
Tuttavia, in seguito, gruppi di ricerca provenienti da Danimarca e Francia hanno trovato un modo per ridurre in modo significativo il numero di atomi necessari, pur mantenendo un'elevata efficienza riflettente. Invece di legarsi strettamente l'uno all'altro, gli atomi sono stati posizionati lungo una fibra ottica microscopica. Con il posizionamento corretto, si verificano le condizioni necessarie: l'onda luminosa viene riflessa direttamente nel suo punto di origine. Quando la luce viene trasmessa, alcuni fotoni escono dalla fibra e entrano in collisione con gli atomi. Le efficienze riflessive dimostrate dai team danese e francese sono molto diverse e si aggirano rispettivamente intorno al 10 e al 75 percento. Tuttavia, in entrambi i casi, la luce ritorna (cioè viene riflessa) al suo punto di origine.
Oltre a promettenti vantaggi nello sviluppo della tecnologia, tali specchi possono essere utili nei dispositivi quantistici, poiché gli atomi utilizzano inoltre il campo luminoso per interagire tra loro.
Magnete 2D
I fisici hanno provato a creare un magnete bidimensionale dagli anni '70, ma hanno sempre fallito. Un vero magnete 2D deve mantenere le sue proprietà magnetiche, anche se separato al punto da diventare bidimensionale, o uno strato dello spessore di un solo atomo. Gli scienziati hanno persino iniziato a dubitare che una cosa del genere fosse possibile.
Tuttavia, nel giugno 2017, i fisici che utilizzavano il triioduro di cromo sono stati finalmente in grado di creare un magnete bidimensionale. La connessione si è rivelata molto interessante da più parti contemporaneamente. La sua struttura cristallina a strati è eccellente per la rastremazione e, inoltre, i suoi elettroni hanno la direzione di rotazione desiderata. Queste importanti proprietà consentono al triioduro di cromo di mantenere le sue proprietà magnetiche anche dopo che la sua struttura cristallina è stata ridotta allo spessore degli ultimi strati atomici.
Il primo magnete 2D al mondo potrebbe essere prodotto a una temperatura relativamente alta di -228 gradi Celsius. Le sue proprietà magnetiche cessano di funzionare a temperatura ambiente, poiché l'ossigeno lo distrugge. Tuttavia, gli esperimenti continuano.
NIKOLAY KHIZHNYAK
