Ayo kita tindakake lan mbok menawa bakal ana revolusi

Penemuan gedhe, teori kandel, terobosan ilmiah. Media kasebut kebak formulasi kaya ngono, biasane digedhekake. Nang endi wae ing bayangan "fisika gedhe", LHC, pitakonan kosmologis dhasar lan perang nglawan Model Standar, peneliti sing kerja keras meneng-meneng nindakake tugase, mikir babagan aplikasi praktis lan ngembangake bidang pengetahuan kita kanthi langkah.

"Ayo tumindak dhewe" mesthi bisa dadi slogan para ilmuwan sing melu pangembangan fusi termonuklir. Kanggo, senadyan jawaban gedhe kanggo pitakonan gedhe, solusi praktis, masalah ketoke ora pati penting gadhah proses iki, saged revolutionizing donya.

Mbok, contone, bakal bisa kanggo nindakake fusi nuklir cilik - karo peralatan sing pas ing meja. Ilmuwan ing Universitas Washington mbangun piranti kasebut taun kepungkur Z-jiwit (1), sing bisa njaga reaksi fusi sajrone 5 mikrodetik, sanajan informasi sing nyengsemake utama yaiku miniaturisasi reaktor, sing dawane mung 1,5 m. Z-jiwit dianggo kanthi njebak lan ngompres plasma ing medan magnet sing kuat.

Ora efektif banget, nanging potensial banget penting efforts kanggo . Miturut riset dening Departemen Energi AS (DOE), diterbitake ing Oktober 2018 ing jurnal Physics of Plasmas, reaktor fusi nduweni kemampuan kanggo ngontrol osilasi plasma. Gelombang iki nyurung partikel energi dhuwur metu saka zona reaksi, njupuk sawetara energi sing dibutuhake kanggo reaksi fusi. A sinau DOE anyar njlèntrèhaké simulasi komputer canggih sing bisa nglacak lan prédhiksi tatanan gelombang, menehi fisikawan kemampuan kanggo nyegah proses lan njaga partikel ing kontrol. Para ilmuwan ngarep-arep karyane bakal mbantu ing konstruksi ITER, mbok menawa proyek reaktor fusi eksperimen paling misuwur ing Prancis.

Uga prestasi kayata suhu plasma 100 yuta derajat Celsius, sing dipikolehi ing pungkasan taun kepungkur dening tim ilmuwan ing China Institute of Plasma Physics ing Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), minangka conto kemajuan langkah-langkah menyang fusi efisien. Miturut ahli sing menehi komentar babagan panaliten kasebut, bisa uga penting banget ing proyek ITER sing kasebut ing ndhuwur, ing ngendi China melu bebarengan karo 35 negara liyane.

Superkonduktor lan elektronik

Wilayah liyane kanthi potensial gedhe, ing ngendi langkah-langkah sing rada cilik lan angel ditindakake tinimbang terobosan gedhe, yaiku nggoleki superkonduktor suhu dhuwur. (2). Sayange, ana akeh weker palsu lan kuwatir durung wayahe. Biasane, laporan media sing nyenengake dadi exaggerations utawa mung ora bener. Malah ing laporan sing luwih serius tansah ana "nanging". Kaya ing laporan anyar, para ilmuwan ing Universitas Chicago nemokake superkonduktivitas, kemampuan kanggo nindakake listrik tanpa mundhut ing suhu paling dhuwur sing wis dicathet. Nggunakake teknologi mutakhir ing Laboratorium Nasional Argonne, tim ilmuwan lokal nyinaoni kelas bahan sing bisa ndeleng superkonduktivitas ing suhu sekitar -23°C. Iki minangka lompat udakara 50 derajat saka rekor sing dikonfirmasi sadurunge.

2. Superkonduktor ing medan magnet

Sing nyekel, Nanging, sampeyan kudu ngetrapake tekanan sing akeh. Bahan sing diuji yaiku hidrida. Kanggo sawetara wektu, lanthanum perhydride wis dadi kapentingan khusus. Ing eksperimen, ditemokake yen sampel banget tipis saka materi iki nuduhake superkonduktivitas ing tumindak tekanan ing sawetara saka 150 kanggo 170 gigapascals. Asil kasebut diterbitake ing Mei ing jurnal Nature, co-penulis dening Prof. Vitaly Prokopenko lan Eran Greenberg.

Kanggo mikir babagan aplikasi praktis saka bahan kasebut, sampeyan kudu ngedhunake tekanan lan uga suhu, amarga malah nganti -23 ° C ora praktis banget. Pakaryan kasebut minangka fisika langkah cilik sing khas, terus pirang-pirang taun ing laboratorium ing saindenging jagad.

Padha ditrapake kanggo riset terapan. fenomena magnetik ing elektronik. Paling anyar, nggunakake probe magnetik sing sensitif banget, tim ilmuwan internasional nemokake bukti sing nggumunake manawa magnetisme sing kedadeyan ing antarmuka lapisan tipis oksida non-magnetik bisa gampang dikontrol kanthi nggunakake gaya mekanik cilik. Penemuan kasebut, sing diumumake pungkasan Desember ing Fisika Alam, nuduhake cara anyar lan ora dikarepke kanggo ngontrol magnetisme, kanthi teoritis ngidini kanggo mikir babagan memori magnetik lan spintronics sing luwih padhet, umpamane.

Panemuan iki nggawe kesempatan anyar kanggo miniaturisasi sel memori magnetik, sing saiki wis duwe ukuran sawetara puluhan nanometer, nanging miniaturisasi luwih lanjut nggunakake teknologi sing dikenal angel. Antarmuka oksida nggabungake sawetara fenomena fisik sing menarik kayata konduktivitas rong dimensi lan superkonduktivitas. Kontrol arus kanthi magnetisme minangka bidang elektronik sing apik banget. Nemokake bahan kanthi properti sing tepat, nanging terjangkau lan murah, bakal ngidini kita serius babagan ngembangake spintronik.

iku uga kesel kontrol panas sampah ing elektronik. Insinyur UC Berkeley bubar ngembangake materi film tipis (kekandelan film 50-100 nanometer) sing bisa digunakake kanggo mbalekake panas sampah kanggo ngasilake daya ing tingkat sing durung nate katon ing jinis teknologi iki. Iki nggunakake proses sing diarani konversi daya piroelektrik, sing dituduhake dening riset teknik anyar sing cocog kanggo digunakake ing sumber panas ing ngisor 100 ° C. Iki minangka salah sawijining conto riset paling anyar ing wilayah iki. Ana atusan utawa malah ewonan program riset ing saindenging jagad sing ana gandhengane karo manajemen energi ing elektronika.

"Aku ora ngerti kenapa, nanging bisa digunakake"

Eksperimen karo bahan anyar, transisi fase lan fenomena topologi minangka area riset sing njanjeni, ora efisien, angel lan arang banget menarik kanggo media. Iki minangka salah sawijining riset sing paling kerep dikutip ing bidang fisika, sanajan entuk akeh publisitas ing media, sing diarani. mainstream padha biasane ora menang.

Eksperimen karo transformasi fase ing materi kadhangkala nggawa asil sing ora dikarepke, contone peleburan logam karo titik leleh dhuwur suhu kamar. Conto yaiku prestasi anyar saka leleh conto emas, sing biasane nyawiji ing 1064 ° C ing suhu kamar, nggunakake medan listrik lan mikroskop elektron. Owah-owahan iki bisa dibalik amarga mateni medan listrik bisa nguatake emas maneh. Mangkono, medan listrik wis gabung karo faktor-faktor sing dikenal sing mengaruhi transformasi fase, saliyane suhu lan tekanan.

Owah-owahan fase uga diamati sajrone intensitas pulsa sinar laser. Asil panaliten babagan fenomena iki diterbitake ing musim panas 2019 ing jurnal Nature Physics. Tim internasional kanggo nggayuh iki dipimpin dening Nuh Gedik (3), profesor fisika ing Institut Teknologi Massachusetts. Para ilmuwan nemokake yen nalika leleh sing diakibatake kanthi optik, transisi fase dumadi liwat pambentukan singularitas ing materi, sing dikenal minangka cacat topologis, sing uga nyebabake dinamika elektron lan kisi ing materi kasebut. Cacat topologi iki, kaya sing diterangake Gedik ing publikasine, padha karo vorteks cilik sing kedadeyan ing cairan kayata banyu.

Kanggo riset, ilmuwan nggunakake senyawa lanthanum lan tellurium LaTe.₃. Para peneliti nerangake yen langkah sabanjure yaiku nyoba nemtokake cara "ngasilake cacat kasebut kanthi cara sing dikontrol." Potensial, iki bisa digunakake kanggo panyimpenan data, ing ngendi pulsa cahya bakal digunakake kanggo nulis utawa ndandani cacat ing sistem, sing bakal cocog karo operasi data.

Lan wiwit kita entuk pulsa laser ultrafast, panggunaane ing akeh eksperimen sing menarik lan aplikasi sing bisa dijanjekake ing praktik minangka topik sing asring katon ing laporan ilmiah. Contone, klompok Ignacio Franco, asisten profesor kimia lan fisika ing Universitas Rochester, bubar nuduhake carane pulsa laser ultrafast bisa digunakake kanggo distorting sifat materi Oraz generasi saiki listrik ing kacepetan luwih cepet saka sembarang technique dikenal kanggo kita supaya adoh. Para panaliti ngolah filamen kaca tipis kanthi durasi sepersejuta milyar detik. Ing sakedheping mripat, materi kaca malih dadi kaya logam sing ngirim listrik. Iki kedadeyan luwih cepet tinimbang ing sistem apa wae sing ora ana voltase sing ditrapake. Arah aliran lan intensitas arus bisa dikontrol kanthi ngganti sifat sinar laser. Lan amarga bisa dikontrol, saben insinyur elektronik katon kanthi minat.

Franco nerangake ing publikasi ing Nature Communications.

Sifat fisik fenomena kasebut ora dimangerteni kanthi lengkap. Franco dhewe Suspect sing mekanisme kaya efek banget, yaiku, korélasi emisi utawa panyerepan kuanta cahya karo medan listrik. Yen bisa mbangun sistem elektronik sing bisa digunakake adhedhasar fenomena kasebut, kita bakal duwe episode liyane saka seri teknik sing diarani We Don't Know Why, But It Works.

Sensitivitas lan ukuran cilik

Giroskop yaiku piranti sing mbantu kendaraan, drone, uga utilitas elektronik lan piranti portabel navigasi ing ruang telung dimensi. Saiki lagi akeh digunakake ing piranti sing digunakake saben dina. Kaping pisanan, giroskop minangka seperangkat roda bersarang, sing saben-saben muter ing sumbu dhewe. Saiki, ing ponsel, kita nemokake sensor mikroelektromekanik (MEMS) sing ngukur owah-owahan ing pasukan sing tumindak ing rong massa sing padha, oscillating lan obah ing arah sing ngelawan.

Gyroskop MEMS duwe watesan sensitivitas sing signifikan. Dadi bangunan giroskop optik, tanpa bagean obah, kanggo tugas sing padha nggunakake fenomena disebut Efek sagnac. Nanging, nganti saiki ana masalah miniaturisasi. Giroskop optik kinerja dhuwur paling cilik sing kasedhiya luwih gedhe tinimbang bal ping pong lan ora cocok kanggo akeh aplikasi portabel. Nanging, insinyur ing Universitas Teknologi Caltech, dipimpin dening Ali Hadjimiri, wis ngembangake giroskop optik anyar sing kurang limang atusapa sing dikenal nganti saiki4). Dheweke nambah sensitivitas kanthi nggunakake teknik anyar sing diarani "gotong royong» Antarane rong sinar cahya sing digunakake ing interferometer Sagnac khas. Piranti anyar kasebut diterangake ing artikel sing diterbitake ing Nature Photonics pungkasan November.

4. Giroskop optik sing dikembangake dening Ali Hadjimiri lan kanca-kancane. 

Pangembangan giroskop optik sing akurat bisa ningkatake orientasi smartphone. Sabanjure, dibangun dening ilmuwan saka Columbia Engineering. lensa flat pisanan bisa fokus kanthi bener ing macem-macem warna ing titik sing padha tanpa mbutuhake unsur tambahan bisa mengaruhi kemampuan fotografi piranti seluler. Lensa datar tipis mikron revolusioner luwih tipis tinimbang selembar kertas lan menehi kinerja sing bisa dibandhingake karo lensa komposit premium. Temuan klompok kasebut, dipimpin dening Nanfang Yu, asisten profesor fisika terapan, ditampilake ing studi sing diterbitake ing jurnal Nature.

Para ilmuwan nggawe lensa datar saka "metaatom". Saben metaatom minangka pecahan saka ukuran dawa gelombang cahya lan nundha gelombang cahya kanthi jumlah sing beda. Kanthi mbangun lapisan nano struktur sing tipis banget ing substrat sing kandel kaya rambut manungsa, para ilmuwan bisa entuk fungsi sing padha karo sistem lensa konvensional sing luwih kenthel lan luwih abot. Metalenses bisa ngganti sistem lensa gedhe banget kanthi cara sing padha karo TV layar datar sing ngganti TV CRT.

Apa collider gedhe nalika ana cara liyane

Fisika langkah-langkah cilik uga bisa nduweni makna lan makna sing beda. Tuladhane - tinimbang mbangun struktur jinis sing gedhe banget lan nuntut sing luwih gedhe, kaya sing ditindakake dening fisikawan, siji bisa nyoba nemokake jawaban kanggo pitakonan gedhe kanthi alat sing luwih andhap asor.

Umume akselerator nyepetake sinar partikel kanthi ngasilake medan listrik lan magnet. Nanging, sawetara wektu dheweke nyoba teknik sing beda - akselerator plasma, percepatan partikel sing diisi kayata elektron, positron lan ion nggunakake medan listrik sing digabungake karo gelombang sing diasilake ing plasma elektron. Akhir-akhir iki aku wis nggarap versi anyar. Tim AWAKE ing CERN nggunakake proton (dudu elektron) kanggo nggawe gelombang plasma. Ngalih menyang proton bisa njupuk partikel menyang tingkat energi sing luwih dhuwur ing siji langkah percepatan. Bentuk akselerasi medan awakening plasma liyane mbutuhake sawetara langkah kanggo nggayuh tingkat energi sing padha. Para ilmuwan percaya yen teknologi adhedhasar proton bisa nggawe akselerator sing luwih cilik, luwih murah, lan luwih kuat ing mangsa ngarep.

5. Akselerator miniatur rong tahap saka DESY - visualisasi

Sabanjure, para ilmuwan saka DESY (singkatan saka Deutsches Elektronen-Synchrotron - synchrotron elektronik Jerman) nyetel rekor anyar ing bidang miniaturisasi akselerator partikel ing Juli. Akselerator terahertz luwih saka kaping pindho energi elektron sing disuntikake (5). Ing wektu sing padha, persiyapan kanthi signifikan ningkatake kualitas sinar elektron dibandhingake karo eksperimen sadurunge kanthi teknik iki.

Franz Kärtner, kepala optik ultrafast lan grup sinar-X ing DESY, nerangake ing siaran pers. -

Piranti sing gegandhengan ngasilake lapangan akselerasi kanthi intensitas maksimal 200 yuta volt per meter (MV/m) - padha karo akselerator konvensional modern sing paling kuat.

Sabanjure, detektor anyar sing relatif cilik ALPHA-g (6), dibangun dening perusahaan Kanada TRIUMF lan dikirim menyang CERN awal taun iki, nduweni tugas ngukur percepatan gravitasi antimateri. Apa antimateri nyepetake kanthi anane medan gravitasi ing lumahing bumi kanthi +9,8 m/s2 (mudhun), kanthi -9,8 m/s2 (munggah), kanthi 0 m/s2 (ora ana percepatan gravitasi apa wae), utawa duwe sawetara nilai liyane? Kemungkinan sing terakhir bakal ngrevolusi fisika. Aparat ALPHA-g cilik bisa, saliyane kanggo mbuktekake anane "anti-gravitasi", nuntun kita menyang dalan sing ngarah menyang misteri paling gedhe ing alam semesta.

Ing skala sing luwih cilik, kita nyoba nyinaoni fenomena ing tingkat sing luwih murah. Ndhuwur 60 milyar revolusi per detik bisa dirancang dening ilmuwan saka Universitas Purdue lan universitas Cina. Miturut penulis eksperimen ing artikel sing diterbitake sawetara sasi kepungkur ing Physical Review Letters, nggawe rotasi kanthi cepet bakal ngidini dheweke luwih ngerti. rahasia .

Objek kasebut, sing ana ing rotasi ekstrim sing padha, yaiku nanopartikel sekitar 170 nanometer lan dawane 320 nanometer, sing disintesis dening para ilmuwan saka silika. Tim riset levitated obyek ing vakum nggunakake laser, kang banjur pulsed ing kacepetan sanget. Langkah sabanjure yaiku nindakake eksperimen kanthi kecepatan rotasi sing luwih dhuwur, sing bakal ngidini riset akurat babagan teori fisik dhasar, kalebu bentuk gesekan sing eksotis ing vakum. Nalika sampeyan bisa ndeleng, sampeyan ora perlu kanggo mbangun kilometer saka pipa lan detektor buta kanggo ngadhepi misteri dhasar.

Ing taun 2009, para ilmuwan bisa nggawe bolongan ireng khusus ing laboratorium sing nyerep swara. Wiwit kuwi swara  kabukten migunani minangka analog laboratorium saka obyek sing nyerep cahya. Ing makalah sing diterbitake ing jurnal Nature Juli iki, peneliti ing Technion Israel Institute of Technology njlèntrèhaké carane nggawe bolongan ireng sonik lan ngukur suhu radiasi Hawking. Pangukuran kasebut cocog karo suhu sing diprediksi dening Hawking. Mangkono, misale jek ora perlu nggawe ekspedisi menyang bolongan ireng kanggo njelajah.

Sapa sing ngerti yen didhelikake ing proyek ilmiah sing katon kurang efisien iki, ing upaya laboratorium sing telaten lan eksperimen bola-bali kanggo nguji teori-teori cilik sing pecah, minangka jawaban kanggo pitakonan paling gedhe. Ing sajarah ilmu pengetahuan mulangake manawa iki bisa kedadeyan.