Tufanye mambo yetu labda kutakuwa na mapinduzi

Ugunduzi mkubwa, nadharia za ujasiri, mafanikio ya kisayansi. Vyombo vya habari vimejaa uundaji kama huo, kawaida hutiwa chumvi. Mahali fulani katika kivuli cha "fizikia kubwa", LHC, maswali ya msingi ya cosmological na mapambano dhidi ya Standard Model, watafiti wenye bidii wanafanya kazi yao kimya kimya, kufikiri juu ya matumizi ya vitendo na kupanua uwanja wa ujuzi wetu hatua kwa hatua.

"Hebu tufanye mambo yetu wenyewe" kwa hakika inaweza kuwa kauli mbiu ya wanasayansi wanaohusika katika maendeleo ya fusion ya nyuklia. Kwa maana, licha ya majibu makubwa kwa maswali makubwa, ufumbuzi wa matatizo ya vitendo, yanayoonekana kuwa yasiyo ya maana yanayohusiana na mchakato huu yana uwezo wa kuleta mapinduzi ya ulimwengu.

Labda, kwa mfano, itawezekana kufanya fusion ndogo ya nyuklia - na vifaa vinavyofaa kwenye meza. Wanasayansi katika Chuo Kikuu cha Washington walitengeneza kifaa hicho mwaka jana Z-bana (1), ambayo ina uwezo wa kudumisha mwitikio wa muunganisho ndani ya sekunde 5, ingawa habari kuu ya kuvutia ilikuwa uboreshaji mdogo wa reactor, ambayo ina urefu wa mita 1,5 tu.Z-bana hufanya kazi kwa kunasa na kukandamiza plasma katika uwanja wenye nguvu wa sumaku.

Sio nzuri sana, lakini inaweza kuwa muhimu sana juhudi za . Kulingana na utafiti wa Idara ya Nishati ya Merika (DOE), iliyochapishwa mnamo Oktoba 2018 katika jarida la Fizikia ya Plasmas, vinu vya muunganisho vina uwezo wa kudhibiti msongamano wa plasma. Mawimbi haya husukuma chembe zenye nishati nyingi nje ya eneo la athari, zikichukua pamoja nazo baadhi ya nishati inayohitajika kwa mwitikio wa muunganisho. Utafiti mpya wa DOE unaelezea uigaji wa kisasa wa kompyuta ambao unaweza kufuatilia na kutabiri uundaji wa wimbi, kuwapa wanafizikia uwezo wa kuzuia mchakato huu na kuweka chembe chini ya udhibiti. Wanasayansi wanatarajia kazi yao itasaidia katika ujenzi ITER, labda mradi maarufu zaidi wa majaribio wa kinuni nchini Ufaransa.

Pia mafanikio kama vile joto la plasma nyuzi joto milioni 100, iliyopatikana mwishoni mwa mwaka jana na timu ya wanasayansi katika Taasisi ya China ya Fizikia ya Plasma katika Tokamak ya Majaribio ya Juu ya Superconducting (EAST), ni mfano wa maendeleo ya hatua kwa hatua kuelekea muunganisho unaofaa. Kulingana na wataalamu wanaotoa maoni yao kuhusu utafiti huo, huenda ukawa na umuhimu mkubwa katika mradi uliotajwa hapo juu wa ITER, ambapo China inashiriki pamoja na nchi nyingine 35.

Superconductors na umeme

Eneo lingine lenye uwezo mkubwa, ambapo hatua ndogo sana, zenye uchungu sana zinachukuliwa badala ya mafanikio makubwa, ni utafutaji wa waendeshaji wa juu-joto. (2) Kwa bahati mbaya, kuna kengele nyingi za uwongo na wasiwasi wa mapema. Kawaida ripoti za media za rave hugeuka kuwa za kutia chumvi au sio kweli. Hata katika ripoti kubwa zaidi daima kuna "lakini". Kama katika ripoti ya hivi karibuni, wanasayansi katika Chuo Kikuu cha Chicago wamegundua superconductivity, uwezo wa kuendesha umeme bila hasara kwa joto la juu zaidi kuwahi kurekodiwa. Kwa kutumia teknolojia ya kisasa katika Maabara ya Kitaifa ya Argonne, timu ya wanasayansi wenyeji ilisoma darasa la nyenzo ambapo waliona utendakazi wa hali ya juu kwenye joto karibu -23°C. Huu ni mruko wa takriban digrii 50 kutoka rekodi iliyothibitishwa hapo awali.

2. Superconductor katika uwanja wa magnetic

Kukamata, hata hivyo, ni kwamba lazima utumie shinikizo nyingi. Nyenzo ambazo zilijaribiwa zilikuwa hidridi. Kwa muda fulani, lanthanum perhydride imekuwa ya kuvutia sana. Katika majaribio, iligundulika kuwa sampuli nyembamba sana za nyenzo hii zinaonyesha uboreshaji chini ya hatua ya shinikizo katika safu kutoka 150 hadi 170 gigapascals. Matokeo hayo yalichapishwa mwezi Mei katika jarida la Nature, lililoandikwa na Prof. Vitaly Prokopenko na Eran Greenberg.

Kufikiri juu ya matumizi ya vitendo ya nyenzo hizi, utakuwa na kupunguza shinikizo na pia joto, kwa sababu hata chini -23 ° C sio vitendo sana. Kazi juu yake ni fizikia ya hatua ndogo ya kawaida, inayoendelea kwa miaka katika maabara duniani kote.

Vile vile hutumika kwa utafiti uliotumika. matukio ya magnetic katika umeme. Hivi majuzi, kwa kutumia uchunguzi nyeti sana wa sumaku, timu ya kimataifa ya wanasayansi imepata ushahidi wa kushangaza kwamba sumaku inayotokea kwenye kiolesura cha tabaka nyembamba za oksidi isiyo ya sumaku inaweza kudhibitiwa kwa urahisi kwa kutumia nguvu ndogo za mitambo. Ugunduzi huo, uliotangazwa Desemba iliyopita katika Fizikia ya Asili, unaonyesha njia mpya na isiyotarajiwa ya kudhibiti sumaku, kwa kinadharia kuruhusu kufikiria juu ya kumbukumbu mnene ya sumaku na spintronics, kwa mfano.

Ugunduzi huu unajenga fursa mpya ya miniaturization ya seli za kumbukumbu za magnetic, ambazo leo tayari zina ukubwa wa makumi kadhaa ya nanometers, lakini miniaturization yao zaidi kwa kutumia teknolojia inayojulikana ni vigumu. Miunganisho ya oksidi huchanganya matukio kadhaa ya kuvutia ya kimwili kama vile upitishaji wa pande mbili na upitishaji wa juu zaidi. Udhibiti wa sasa kwa njia ya magnetism ni shamba la kuahidi sana katika umeme. Kupata nyenzo zilizo na sifa zinazofaa, lakini za bei nafuu na za bei nafuu, kunaweza kuturuhusu kuchukua umakini juu ya ukuzaji spintronic.

inachosha pia udhibiti wa joto wa taka katika umeme. Wahandisi wa UC Berkeley hivi majuzi wameunda nyenzo za filamu nyembamba (unene wa filamu 50-100 nanometers) ambazo zinaweza kutumika kurejesha joto taka ili kutoa nguvu katika viwango ambavyo havijawahi kuonekana katika aina hii ya teknolojia. Inatumia mchakato unaoitwa ubadilishaji wa nguvu za pyroelectric, ambao utafiti mpya wa kihandisi unaonyesha kuwa unafaa kutumika katika vyanzo vya joto chini ya 100°C. Hii ni moja tu ya mifano ya hivi punde ya utafiti katika eneo hili. Kuna mamia au hata maelfu ya programu za utafiti kote ulimwenguni zinazohusiana na usimamizi wa nishati katika vifaa vya elektroniki.

"Sijui kwanini, lakini inafanya kazi"

Kujaribu nyenzo mpya, mabadiliko yao ya awamu na hali ya juu ya hali ya juu ni eneo la kuahidi sana la utafiti, sio la ufanisi sana, ngumu na mara chache linavutia kwa media. Hii ni moja ya masomo yaliyotajwa mara kwa mara katika uwanja wa fizikia, ingawa ilipata utangazaji mwingi kwenye media, kinachojulikana. kawaida huwa hawashindi.

Majaribio na mabadiliko ya awamu katika nyenzo wakati mwingine huleta matokeo yasiyotarajiwa, kwa mfano kuyeyusha chuma yenye viwango vya juu vya kuyeyuka joto la chumba. Mfano ni mafanikio ya hivi majuzi ya kuyeyuka kwa sampuli za dhahabu, ambazo kwa kawaida huyeyuka hadi 1064°C kwenye joto la kawaida, kwa kutumia sehemu ya umeme na darubini ya elektroni. Mabadiliko haya yaliweza kutenduliwa kwa sababu kuzima uwanja wa umeme kunaweza kuimarisha dhahabu tena. Kwa hivyo, uwanja wa umeme umejiunga na mambo yanayojulikana yanayoathiri mabadiliko ya awamu, pamoja na joto na shinikizo.

Mabadiliko ya awamu pia yalizingatiwa wakati wa makali mapigo ya mwanga wa laser. Matokeo ya utafiti wa jambo hili yalichapishwa katika msimu wa joto wa 2019 kwenye jarida la Fizikia ya Asili. Timu ya kimataifa kufikia hili iliongozwa na Nuh Gedik (3), profesa wa fizikia katika Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts. Wanasayansi waligundua kwamba wakati wa kuyeyuka kwa macho, mpito wa awamu hutokea kwa njia ya malezi ya umoja katika nyenzo, inayojulikana kama kasoro za kitolojia, ambazo huathiri matokeo ya elektroni na mienendo ya kimiani kwenye nyenzo. Kasoro hizi za kitopolojia, kama Gedik alielezea katika chapisho lake, ni sawa na vijidudu vidogo vinavyotokea katika vimiminika kama vile maji.

Kwa utafiti wao, wanasayansi walitumia kiwanja cha lanthanum na tellurium LaTe.₃. Watafiti wanaelezea kuwa hatua inayofuata itakuwa kujaribu kuamua jinsi wanaweza "kuzalisha kasoro hizi kwa njia iliyodhibitiwa." Huenda, hii inaweza kutumika kwa hifadhi ya data, ambapo mipigo ya mwanga itatumika kuandika au kurekebisha kasoro kwenye mfumo, ambazo zitalingana na utendakazi wa data.

Na kwa kuwa tulifikia mapigo ya leza ya haraka zaidi, matumizi yake katika majaribio mengi ya kuvutia na programu zinazoweza kuleta matumaini ni mada ambayo mara nyingi huonekana katika ripoti za kisayansi. Kwa mfano, kikundi cha Ignacio Franco, profesa msaidizi wa kemia na fizikia katika Chuo Kikuu cha Rochester, hivi karibuni kilionyesha jinsi mipigo ya laser ya haraka inaweza kutumika kupotosha sifa za maada Oraz kizazi cha sasa cha umeme kwa kasi zaidi kuliko mbinu yoyote inayojulikana kwetu hadi sasa. Watafiti walitibu nyuzi nyembamba za glasi kwa muda wa milioni moja ya bilioni ya sekunde. Kwa kufumba na kufumbua, nyenzo hiyo ya glasi iligeuka kuwa kitu kama chuma kinachopitisha umeme. Hii ilitokea kwa kasi zaidi kuliko katika mfumo wowote unaojulikana kwa kutokuwepo kwa voltage iliyotumiwa. Mwelekeo wa mtiririko na ukali wa sasa unaweza kudhibitiwa kwa kubadilisha mali ya boriti ya laser. Na kwa kuwa inaweza kudhibitiwa, kila mhandisi wa vifaa vya elektroniki anaonekana kwa riba.

Franco alieleza katika chapisho katika Nature Communications.

Hali ya kimwili ya matukio haya haijulikani kikamilifu. Franco mwenyewe anashuku kuwa mifumo kama hiyo athari kali, yaani, uwiano wa utoaji au ngozi ya quanta ya mwanga na shamba la umeme. Iwapo ingewezekana kuunda mifumo ya kielektroniki inayofanya kazi kulingana na matukio haya, tungekuwa na kipindi kingine cha mfululizo wa kihandisi kiitwacho Hatujui Kwa Nini, Lakini Inafanya Kazi.

Sensitivity na ukubwa mdogo

Gyroscopes ni vifaa vinavyosaidia magari, ndege zisizo na rubani, pamoja na huduma za kielektroniki na vifaa vinavyobebeka kusafiri katika nafasi ya pande tatu. Sasa hutumiwa sana katika vifaa ambavyo tunatumia kila siku. Hapo awali, gyroscopes zilikuwa seti ya magurudumu yaliyowekwa kiota, ambayo kila moja ilizunguka karibu na mhimili wake. Leo, katika simu za rununu, tunapata vihisishio vya umeme vya microelectromechanical (MEMS) ambavyo hupima mabadiliko katika nguvu zinazofanya kazi kwa wingi mbili zinazofanana, zinazozunguka na kuelekea kinyume.

Gyroscopes za MEMS zina mapungufu makubwa ya unyeti. Hivyo ni kujenga gyroscopes ya macho, bila sehemu zinazosonga, kwa kazi zile zile zinazotumia jambo linaloitwa Athari ya Sagnac. Hata hivyo, hadi sasa kulikuwa na tatizo la miniaturization yao. Gyroscopes ndogo zaidi za utendaji wa juu zinazopatikana ni kubwa kuliko mpira wa ping pong na hazifai kwa programu nyingi zinazobebeka. Walakini, wahandisi katika Chuo Kikuu cha Teknolojia cha Caltech, wakiongozwa na Ali Hadjimiri, wameunda gyroscope mpya ya macho ambayo mara mia tano chinikinachojulikana hadi sasa4) Anaongeza usikivu wake kwa kutumia mbinu mpya iitwayo "uimarishaji wa pande zote»Kati ya miale miwili ya mwanga ambayo hutumiwa katika interferometer ya kawaida ya Sagnac. Kifaa kipya kilielezewa katika nakala iliyochapishwa katika Picha za Asili Novemba mwaka jana.

4. Gyroscope ya macho iliyotengenezwa na Ali Hadjimiri na wenzake. 

Ukuzaji wa gyroscope sahihi ya macho inaweza kuboresha sana mwelekeo wa simu mahiri. Kwa upande wake, ilijengwa na wanasayansi kutoka Columbia Engineering. lensi ya kwanza ya gorofa uwezo wa kuzingatia kwa usahihi rangi mbalimbali katika hatua moja bila ya haja ya vipengele vya ziada inaweza kuathiri uwezo wa picha wa vifaa vya simu. Lenzi bapa ya kimapinduzi nyembamba-nyembamba ni nyembamba sana kuliko karatasi na inatoa utendakazi unaolinganishwa na lenzi za utunzi bora. Matokeo ya kikundi hicho, yakiongozwa na Nanfang Yu, profesa msaidizi wa fizikia iliyotumika, yanawasilishwa katika utafiti uliochapishwa katika jarida la Nature.

Wanasayansi wameunda lensi za gorofa kutoka "metatomu". Kila metatomu ni sehemu ya urefu wa mawimbi ya mwanga kwa ukubwa na huchelewesha mawimbi ya mwanga kwa kiasi tofauti. Kwa kujenga safu tambarare nyembamba sana ya muundo wa nano kwenye substrate nene kama nywele za binadamu, wanasayansi waliweza kufikia utendakazi sawa na mfumo mnene na mzito zaidi wa lenzi ya kawaida. Vyuma vinaweza kuchukua nafasi ya mifumo ya lenzi kubwa kwa njia sawa na vile TV za skrini bapa zimechukua nafasi ya TV za cathode ray tube.

Kwa nini mgongano mkubwa wakati kuna njia zingine

Fizikia ya hatua ndogo pia inaweza kuwa na maana na maana tofauti. Kwa mfano - badala ya kujenga miundo ya aina kubwa ya kutisha na kudai kubwa zaidi, kama wanafizikia wengi wanavyofanya, mtu anaweza kujaribu kupata majibu ya maswali makubwa kwa zana za kawaida zaidi.

Vichapuzi vingi huharakisha mihimili ya chembe kwa kutoa sehemu za umeme na sumaku. Walakini, kwa muda alijaribu mbinu tofauti - vichapuzi vya plasma, kuongeza kasi ya chembe zinazochajiwa kama vile elektroni, positroni na ayoni kwa kutumia uga wa umeme pamoja na wimbi linalozalishwa katika plazima ya elektroni. Hivi majuzi nimekuwa nikifanya kazi kwenye toleo lao jipya. Timu ya AWAKE katika CERN hutumia protoni (si elektroni) kuunda wimbi la plasma. Kubadilisha hadi protoni kunaweza kuchukua chembe hadi viwango vya juu vya nishati katika hatua moja ya kuongeza kasi. Aina zingine za kuongeza kasi ya uwanja wa kuamsha plasma zinahitaji hatua kadhaa kufikia kiwango sawa cha nishati. Wanasayansi wanaamini kwamba teknolojia yao inayotegemea protoni inaweza kutuwezesha kujenga vichapuzi vidogo, vya bei nafuu na vyenye nguvu zaidi katika siku zijazo.

5. Kichochezi cha miniature cha hatua mbili kutoka kwa DESY - taswira

Kwa upande mwingine, wanasayansi kutoka DESY (kifupi kwa Deutsches Elektronen-Synchrotron - synchrotron ya elektroniki ya Ujerumani) waliweka rekodi mpya katika uwanja wa miniaturization ya accelerators ya chembe mwezi Julai. Kiongeza kasi cha terahertz kiliongeza zaidi ya mara mbili ya nishati ya elektroni zilizoingizwa (5) Wakati huo huo, usanidi uliboresha kwa kiasi kikubwa ubora wa boriti ya elektroni ikilinganishwa na majaribio ya awali na mbinu hii.

Franz Kärtner, mkuu wa kikundi cha macho cha haraka zaidi na X-ray huko DESY, alielezea katika taarifa kwa vyombo vya habari. -

Kifaa kinachohusika kilizalisha uga wa kuongeza kasi na kiwango cha juu cha volti milioni 200 kwa kila mita (MV/m) - sawa na kiongeza kasi cha kisasa cha nguvu zaidi.

Kwa upande wake, detector mpya, kiasi kidogo ALPHA-g (6), iliyojengwa na kampuni ya Canada ya TRIUMF na kusafirishwa hadi CERN mapema mwaka huu, ina kazi ya kupima kasi ya mvuto ya antimatter. Je, antimatter huongeza kasi mbele ya uwanja wa mvuto kwenye uso wa Dunia kwa +9,8 m/s2 (chini), kwa -9,8 m/s2 (juu), kwa 0 m/s2 (hakuna kasi ya mvuto), au ina kiasi fulani? thamani nyingine? Uwezekano wa mwisho ungebadilisha fizikia. Kifaa kidogo cha ALPHA-g kinaweza, pamoja na kuthibitisha kuwepo kwa "anti-gravity", kutuongoza kwenye njia inayoelekea kwenye mafumbo makubwa zaidi ya ulimwengu.

Kwa kiwango kidogo zaidi, tunajaribu kusoma matukio ya kiwango cha chini zaidi. Juu Mapinduzi bilioni 60 kwa sekunde inaweza kuundwa na wanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha Purdue na vyuo vikuu vya China. Kulingana na waandishi wa jaribio hilo katika nakala iliyochapishwa miezi michache iliyopita katika Barua za Uhakiki wa Kimwili, uundaji unaozunguka haraka utawaruhusu kuelewa vyema. siri .

Kitu, ambacho kiko katika mzunguko huo huo uliokithiri, ni chembe ya nanoparticle takriban upana wa nanomita 170 na urefu wa nanomita 320, ambayo wanasayansi walitengeneza kutoka silika. Timu ya watafiti iliingiza kitu kwenye utupu kwa kutumia leza, ambayo kisha ikakisukuma kwa kasi kubwa. Hatua inayofuata itakuwa kufanya majaribio kwa kasi ya juu zaidi ya mzunguko, ambayo itaruhusu utafiti sahihi wa nadharia za kimsingi za asili, ikijumuisha aina za kigeni za msuguano katika utupu. Kama unavyoona, hauitaji kujenga kilomita za bomba na vigunduzi vikubwa ili kukabiliana na siri za kimsingi.

Mnamo 2009, wanasayansi waliweza kuunda aina maalum ya shimo nyeusi kwenye maabara ambayo inachukua sauti. Tangu wakati huo haya sauti  imeonekana kuwa ya manufaa kama analogi za maabara za kitu cha kunyonya mwanga. Katika karatasi iliyochapishwa katika jarida la Nature Julai hii, watafiti katika Taasisi ya Teknolojia ya Technion Israel wanaelezea jinsi walivyounda shimo jeusi la sonic na kupima joto lake la mionzi ya Hawking. Vipimo hivi viliendana na halijoto iliyotabiriwa na Hawking. Kwa hivyo, inaonekana kwamba si lazima kufanya msafara kwenye shimo nyeusi ili kuichunguza.

Nani anajua ikiwa imefichwa katika miradi hii ya kisayansi inayoonekana kutokuwa na ufanisi, katika juhudi za maabara zenye uchungu na majaribio ya mara kwa mara ya kujaribu nadharia ndogo zilizogawanyika, ndio majibu kwa maswali makubwa zaidi. Historia ya sayansi inafundisha kwamba hii inaweza kutokea.