Dela med sig:
10 omöjliga saker fysiker bara gjort möjligt
I den underliga världen av fysik är det omöjliga alltid möjligt. Men i de senaste tiderna har många forskare lyckats överträffa detta tillvägagångssätt och har uppnått några spektakulära första.
10 Law-Bending Coldness
Tidigare kunde inte forskare svalna ett objekt bortom ett hinder som kallades "kvantgränsen". För att göra något frostigt måste en laser sakta ner sina atomer och deras värmeproducerande vibrationer. Ironiskt nog, laserljus ger värme till affären. Trots att temperaturen sänks, förhindrar den också att den sjunker under kvantgränsen. Överraskande utformade fysiker en trumma av vibrerande aluminium och lyckades sänka temperaturen till 360 mikroKelvin eller 10.000 gånger mer kylda än djupet i rymden. Trumman mätt 20 mikrometer i diameter (ett mänskligt hår är 40-50 mikrometer), och försöket trotsar den berömda gränsen.
När man trodde att det var omöjligt var genombrottet en ny laserteknik som kan "klämma" ljus och rikta partiklarna med en mer intensiv stabilitet i en riktning. Detta avlägsnade lasers fluktuationer som gav upphov till värme. Trumman är det mest fria mekaniska föremålet någonsin inspelat men inte det kallaste materialet, vilket är ett Bose-Einstein-kondensat. Trots detta kan prestationen en dag spela en roll i superfast elektronik och hjälpa till att riva upp de främre beteenden hos kvantvärlden som uppträder när materialen närmar sig sina fysiska gränser.
9 Det ljusaste ljuset
Vår solens strålning är redan anmärkningsvärd. Tänk nu det kombinerade ljuset av en miljard sönder. Det handlar om likvärdigt med vilka fysiker som nyligen kom till liv i ett labb. Officiellt den ljusaste ljusstyrkan som någonsin sett på jorden, uppträdde ljuset också på ett oväntat sätt. Det förändrade objektens framträdanden.
För att förstå detta måste man se på hur synen fungerar. Foton måste sprida sig från elektroner innan syn blir möjlig. Under normala förhållanden stöter elektroner en foton åt gången. När något blir ljusare, förblir formen vanligen densamma som i lägre ljus. Den kraftfulla lasern som användes i experimentet spridda en käftfallande 1000 fotoner. Eftersom spridningen är lika med synlighet förändrades intensiteten vid vilken den skedde och hur ett upplyst objekt uppfattas. Den här märkliga effekten blev tydligare när superljuset blev starkare. Eftersom fotons normala energi och riktning förändrades, producerades ljus och färger på ovanliga sätt.
8 Molecular Black Hole
Ett lag fysiker skapade nyligen något som bete sig som ett svart hål. De utnyttjade den mest kraftfulla röntgenlasern som finns, Linac Coherent Light Source (LCLS), för att zapjodmetan och jodbensenmolekyler. Forskare förväntade strålen att skopa de flesta elektronerna från molekylens jodatom och lämna ett vakuum. I experiment med svagare lasrar höjde denna tomhet upp elektroner från atomens yttersta del. När LCLS slog, hände det förväntade - följt av något överraskande. Istället för att stanna i sig började jodatomen äta elektroner från närliggande väte- och kolatomer. Det var som ett litet svart hål i en molekyl.
Efterföljande blaster slog ut de stulna elektronerna, men tomrummet sögde i några mer. Cykeln upprepades tills hela molekylen exploderade. Jodatomen var den enda atomen som uppträdde så här. Större än resten absorberade den en enorm mängd röntgenenergi och förlorade sina ursprungliga elektroner. Förlusten lämnade atomen med en stark nog positiv laddning för att avlägsna elektronerna från mindre atomer.
7 Metallic Hydrogen
Det har kallats "högtrycksfysikens heliga grader", men hittills har ingen forskare lyckats smita metalliskt väte. Som en möjlig superledare är det en eftertragtad form av det normalt gasformiga elementet. Möjligheten att omvandla väte till en metall föreslogs först 1935. Fysikister teoretiserade att massivt tryck skulle kunna orsaka omvandlingen. Problemet var att ingen kunde producera den typen av extrema tryck.
I 2017 tweaked ett amerikanskt team en gammal teknik och väckte det teoretiska materialet för första gången. Förra experiment utfördes inuti en anordning som kallades en diamantmothilcell. Kraft genereras genom att använda två syntetiska diamanter motsatt varandra, men de knäckte alltid vid den kritiska punkten. Fysikerna använde cellkammaren men utformade en ny formnings- och poleringsprocess som förhindrade de fruktade frakturerna. Enheten kunde sedan producera ett svimlande tryck: mer än 71,7 miljoner pund per kvadrattum. Inte ens i mitten av jorden finner man en sådan pressning.
6 Computer Chip With Brain Cells
När det gäller livsnerven i elektroniken, kan ljuset en dag ersätta el. Fysiker förstod ljusets potential i årtionden sedan när det blev klart att dess vågor kunde röra sig bredvid varandra och därmed utföra en rad olika uppgifter på en gång. Traditionell elektronik är beroende av transistorer för att öppna och stänga banor för el, vilket begränsar vad som kan göras. En anmärkningsvärd senaste uppfinning var ett datorklip som liknade den mänskliga hjärnan. Det "tänker" snabbt genom att använda ljusstrålar som interagerar med varandra på ett sätt som är analogt med neuroner.
Tidigare skapades enklare neurala nätverk, men utrustningen spände över flera bord. Något mindre ansågs omöjligt. Det nya chipet är tillverkat av silikon och mäter ett par millimeter över och beräknar med 16 neuroner.Laserljuset går in i chipet och splittrar sedan i strålar som varje signalnummer eller information varierar i ljusstyrka. Intensiteten hos lasrarna som ger utgången ger svaret på nummerkrypningen eller vilken information som det blev ombedd att tillhandahålla en lösning för.
5 omöjlig form av materia
Säg hej till supersolids. Denna oddball är inte lika oerhört svår som namnet antyder. Istället har det bisarra materialet den styva kristallina strukturen av alla fasta ämnen samtidigt som den verkar vara en vätska. Denna paradox var öronmärkt för att förbli orealiserad eftersom den flyger inför känd fysik. År 2016 producerade dock två oberoende vetenskapliga ämnen materia som varade med en supersolid. Otroligt, båda använde olika sätt att göra vad många tyckte att inte en enda teknik skulle kunna uppnå.
De schweiziska forskarna skapade ett Bose-Einstein-kondensat (den kallaste materien någonsin) genom vakuumkylning av rubidiumgas till den isiga extremen. Kondensatet flyttades sedan till en dubbelkammareanordning, varvid varje kammare innehöll små motstående speglar. Lasrar uppmuntrade en transformation och partiklarna svarade genom att anordna sig i det fasta kristallmönstret medan materialet behöll sin fluiditet. Amerikanerna anlände till samma konstiga hybridämne men skapade sitt kondensat efter att ha behandlat natriumatomer med förångande kylning och lasrar. Sedan använde de lasrar för att flytta atomerens densitet tills den kristalllika strukturen uppträdde i sitt flytande prov.
4 negativ-massvätska
I 2017 utformade fysiker en överdriven sak: en form av materia som rör sig mot den kraft som drev den bort. Medan inte exakt en boomerang, har den vad man skulle kalla negativ massa. Positiv massa är den normalitet som de flesta människor är vana vid: Du skjuter något och objektet accelererar i den riktning det skjutses in. För första gången skapades en vätska som uppträder i motsats till vad som någonsin har sett i den fysiska världen. När den trycks upp accelererar den bakåt.
Återigen iscensattes ett Bose-Einstein-kondensat av rubidiumatomer. Forskare hade nu en superfluid med vanlig massa. De hämtade sina atomer tätt tillsammans med lasrar. Då oroade en andra uppsättning lasrar atomerna att förändra hur de snurrade. När den släpptes från den första laserns täta håll hade en normal vätska spridit utåt och bort från centrum, vilket i grunden gör att man trycker på. Den förändrade rubidium superfluiden, med en snabb nog hastighet, spred sig inte när den släpptes men stoppades död i en visning av negativ massa.
3 tidskristaller
När Frank Wilczek, en Nobelprisvinnande fysiker, föreslog tidskristaller, visade tanken galen - speciellt den del som de kunde producera rörelse i grundstaten, den lägsta energinivå i materia. Rörelsen är teoretiskt omöjlig eftersom energi behövs där det är litet för ingen. Wilczek trodde att evig rörelse skulle kunna uppnås genom att bläddra i en kristalls atominriktning i och ur marktillståndet. Ett sådant objekts atomstruktur skulle upprepas i tid, vilket ger konstant omkoppling utan att behöva energi. Detta gick emot fysikens lagar, men i 2017, fem år efter att Wilczek förutsåg den bisarra materien, bestämde fysiker hur man skulle göra några.
Ett lag manipulerade tio sammankopplade ytterbiumjoner med två lasrar. En bildade ett magnetfält, medan den andra justerade atomerna spinnade tills Wilczeks flipping uppstod. Vid Harvard föddes en tidskristall när kväveämnena vändes i diamanter. Även om tidskristaller nu accepteras och inte bara en galen teori, måste de periodiskt zappas för att fortsätta bläddra. De kan inte vara Wilczeks eviga enheter, men tidskristallerna förblir annorlunda än någonting forskare någonsin har studerat.
2 Bragg Speglar
En Bragg-spegel kan inte reflektera mycket och är en ynklig 1000 till 2000 atomer i storlek. Men det kan spegla ljus, vilket gör det användbart på platser där de minsta speglarna behövs, som inom avancerad elektronik. Formen är inte konventionell; atomerna hänger i vakuum, som liknar en sträng av pärlor. År 2011 skapade en tysk grupp den mest reflekterande en hittills (80 procent) genom att lasera en klump av tio miljoner atomer i ett gallermönster.
Därefter har danska och franska team starkt kondenserat antalet atomer som behövs. I stället för att zappa atomer buntade ihop strömade de dem bredvid mikroskopiska optiska fibrer. När det är korrekt åtskilt, reflekterar Bragg-tillståndet en våglängd av ljus direkt till dess ursprungspunkt. När ljus överfördes, släppte vissa fibrerna och träffade atomerna. De danska och franska strängarna reflekterade omkring 10 respektive 75 procent, men båda återvände ljuset ner i fibern i motsatt riktning. Bortsett från lovande obegränsade framsteg inom teknik, kan det också vara en dag som är användbar i strängare kvantutrustning, eftersom atomer dessutom använde ljusfältet för att interagera med varandra.
1 2-D Magnet
Fysiker har försökt att göra en 2-D magnet sedan 1970-talet men har alltid träffat misslyckande. En sann 2-D-magnet behåller sina magnetiska egenskaper även efter det att den har avlägsnats till staten, vilket gör det tvådimensionellt - ett skikt som bara är en atom tjockt. Forskare började tvivla om en sådan magnet var möjlig.
I juni 2017 valde forskare kromtriiodid i sitt bud för att äntligen skapa en 2-D-magnet. Föreningen var attraktiv av flera anledningar: Det var en skiktad kristall, perfekt för gallring och utrustad med ett permanent magnetfält, och dess elektroner hade en föredragen spinnriktning.Dessa var kritiska pluspunkter som hjälpte kromtriiodiden att förbli magnetiska, även efter att kristallen skälldes ned till sitt sista lager av atomer.
Världens första riktiga 2-D-magnet uppstod vid en överraskande varm -228 grader Celsius (-378 ° F). Det slutade att vara en magnet när ett andra lager ersattes men återfåde egenskaperna igen när ett tredje och fjärde ark tillsattes. För tillfället fungerar det inte vid rumstemperatur, och syre skadar det. Trots sin skörhet kommer 2-D magneter att ge fysiker möjlighet att slutföra experiment som inte är möjligt förrän nu.