[Bildquelle : Ars Electronica ]
Die Entdeckung der Supraleitung im Jahr 1911 durch den niederländischen Physiker Heike Kamerlingh Onnes Seitdem haben Wissenschaftler versucht, Partikel auf den absoluten Nullpunkt 0 Kelvin oder 0 k abzukühlen, um einen Zustand der Supraleitung zu erreichen. Supraleitung ist ein Zustand, in dem Partikel fast keinen Widerstand haben, ein Quanteneffekt. Ein Supraleiter kannUnterstützung einer unbegrenzten Stromversorgung, ohne Energie durch Wärme oder Schall zu verlieren - revolutionierend, wie wir Energie nutzen können. Aber es gab eine noch größere Wendung : Diamagnatismus . Diamagnatismus ist ein Phänomen in unterkühlten Partikeln, das verhindert alle Magnetfelder dringen nicht ein, während ein entgegengesetztes Magnetfeld erzeugt wird, das jede aufgebrachte Magnetkraft abstößt. Diamagnatismus eignet sich hervorragend zur Supraleitung und zum Schweben, da er alle Magnete abstößt und große Fortschritte beim Transport verspricht. wird bereits verwendet . Aber wie kühlt man Partikel auf nahe 0 Kelvin ab? Und was ist überhaupt 0 k?
[Bildquelle : Steve Jervetson ]
Null Kelvin ist der absolute Nullpunkt, bei dem absolut keine Energie in einer Substanz enthalten ist - die absolut kälteste Temperatur, die irgendetwas haben kann. Bei 0 Kelvin wäre ein Teilchen völlig bewegungslos. Aber wie bekommt man etwas so Kaltes? Während Licht wie wirWenn man weiß, dass es die Wärme erzeugt, die wir hier auf der Erde fühlen, bedeutet dies nicht unbedingt, dass alles Licht nur Wärme erzeugt. Die Temperatur ist die durchschnittliche Geschwindigkeit, die eine Gruppe von Atomen hat. Je mehr sie sich bewegt, desto mehr Wärme hat sie. Licht trägt Impulsda Momentum ist nur Masse Zeiten Geschwindigkeit . Aber Licht hat keine Masse? Nun, nein, aber es hat eine Energie / Massenäquivalenz besser beschrieben mit einer der bekanntesten Einsteins-Gleichungen E = mc² . Neu angeordnet für Masse und Gleichung kann wieder in das Impulsgesetz eingesetzt werden, wobei die Gleichung für abgeleitet wird. Lichtimpuls .
Da Licht Impuls trägt, kann seine Energie in Partikel übertragen werden, ähnlich wie ein Tennisball, der auf einen Basketball schlägt. Werfen Sie den Ball hart genug und Sie sollten in der Lage sein, den Basketball in Bewegung zu setzen. Luftmoleküle bewegen sich herum 4000 km / h was es sehr schwierig macht, sie zu studieren, da sie nicht sehr lange in einem Bereich bleiben. Laser können verwendet werden, um Atome in a einzufangen Magnetooptische Falle oder TÜV - das funktioniert ähnlich wie eine Fliegenlandung auf einer dicken Melasseschicht - und nennt den Effekt " optische Melasse " . Aber wie kann man Atome möglicherweise verlangsamen, wenn Licht immer pushen will? Wissenschaftler haben eine Methode zum Pushen entdeckt vorne des sich bewegenden Teilchens mit Lasern, die nimmt weg die Geschwindigkeit der Partikel, die ihren Gesamtimpuls verringert.
Das Phänomen wurde 1985 von Steven Chu entdeckt und ist bekannt als Laserkühlung . Steven und Kollegen positionierten mehrere Laser in einer Gaskammer, die in der Mitte eine "t" -Form bildeten. Während die Partikel herumschwebten, wurde schließlich einer in der Mitte der Laser eingeschlossen, wo er mit Photonen bombardiert wurde, die genau in die Mitte schlugenentgegengesetzte Richtungen, in die sich das Teilchen zu bewegen versuchte. Dies erzeugte einen ähnlichen Effekt wie eine Person, die versuchte, gegen den Wind zu radeln. Je stärker die Kraft des Windes in die entgegengesetzte Richtung war, desto schwieriger und daher langsamer würde sich der Biker bewegen - schließlichAnhalten, sobald der Wind zu stark wurde hoffen wir, dass es nicht in einem Hurrikan war.
[Bildquelle : Asaf ]
Die Teilchen wurden auf nahe 0 k, die magische Zahl, abgekühlt. Wissenschaftler sind äußerst daran interessiert, null Kelvin zu erhalten, um den maximalen Quanteneffekt subatomarer Teilchen herauszuholen. Das Schöne an Teilchen ist, dass die kleinen Elektronen zippenum den Kern herum kann nur geben einige Daten - niemals alles dies ist eine Quanteneigenschaft. Entweder können Sie genau wissen, wie schnell ein Elektron geht, ohne zu wissen, wo es sich befindet, oder Sie können wissen, wo sich das Elektron befindet, aber Sie haben absolut keine Ahnung, wieschnell geht es. Tatsächlich verlangsamten die Wissenschaftler, die die Teilchen abkühlten, die Elektronen bis zum Punkt Null Kelvin. ein halbes Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt . Die kälteste Temperatur in der bekanntes Universum ist in der Bumerang-Nebel bei einem milden 1 K –458 Grad Fahrenheit oder –272 Grad Celsius sitzen und damit den kältesten Ort im Universum tatsächlich erreichen Erde. Bei 0 k könnten sich die Elektronen auf der anderen Seite des Universums befinden, da die Geschwindigkeit fast genau bekannt war, was bedeutet, dass niemand wusste, wo sich das Elektron befindet. Dies setzt ein wunderschönes Phänomen frei, das als Supraleitung und Diamagnitismus bezeichnet wird - ein weiterer faszinierender Zustand der Materie.
[Bildquelle : NASA , der Bumerang-Nebel]
Konventionelles Denken führt nicht zu neuen Ergebnissen. Wer hätte gedacht, dass die Verwendung von Lasern nicht nur die kälteste Temperatur erzeugt? Erde , aber die kälteste Temperatur in der bekanntes Universum? Wissenschaft ist wichtig, um zu verstehen, wie das Universum funktioniert, was die Geheimnisse der Entstehung von Menschen und allem enthüllen könnte. Die Wissenschaft verbessert sich in beispiellosem Tempo weiter und verändert und gestaltet für immer die Zukunft und das Leben, wie wir es kennen.
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Geschrieben von Maverick Baker