Hayu urang ngalakukeun hal urang jeung meureun bakal aya revolusi

Papanggihan hébat, téori kandel, terobosan ilmiah. Média pinuh ku formulasi sapertos kitu, biasana digedekeun. Di mana waé dina kalangkang "fisika hébat", LHC, patarosan kosmologis dasar sareng perang ngalawan Modél Standar, panalungtik kerja keras cicingeun ngalaksanakeun tugasna, mikirkeun aplikasi praktis sareng ngalegaan pangaweruh urang step by step.

"Hayu urang ngalakukeun hal urang sorangan" tangtosna tiasa janten slogan para ilmuwan anu kalibet dina ngembangkeun fusi térmonuklir. Pikeun, sanajan jawaban hébat kana patarosan badag, solusi praktis, masalah sigana teu penting pakait sareng proses ieu sanggup revolutionizing dunya.

Panginten, contona, tiasa dilakukeun fusi nuklir skala alit - nganggo alat anu pas dina méja. Élmuwan di Universitas Washington ngawangun alat taun ka tukang Z-ciwit (1), anu sanggup ngajaga réaksi fusi dina 5 microseconds, sanajan informasi impressive utama éta miniaturization reaktor, nu panjangna ngan 1,5 m Z-ciwit jalan ku trapping na compressing plasma dina médan magnét kuat.

Teu pisan éféktif, tapi berpotensi kacida pentingna usaha pikeun . Numutkeun kana panilitian Departemen Energi AS (DOE), diterbitkeun dina Oktober 2018 dina jurnal Physics of Plasmas, réaktor fusi gaduh kamampuan pikeun ngontrol osilasi plasma. Gelombang ieu nyorong partikel énérgi luhur kaluar tina zona réaksi, nyandak sareng aranjeunna sababaraha énergi anu dipikabutuh pikeun réaksi fusi. Panaliti DOE anyar ngajelaskeun simulasi komputer canggih anu tiasa ngalacak sareng ngaduga formasi gelombang, masihan fisikawan kamampuan pikeun nyegah prosés sareng ngajaga partikel dina kontrol. Élmuwan ngaharepkeun karyana bakal ngabantosan dina konstruksi ITER, meureun proyék réaktor fusi ékspérimén kawentar di Perancis.

Ogé prestasi sapertos hawa plasma 100 juta darajat Celsius, diala dina ahir taun ka tukang ku tim ilmuwan di China Institute of Plasma Physics dina Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), mangrupa conto kamajuan hambalan-demi-hambalan nuju fusi efisien. Numutkeun para ahli anu ngoméntaran kana panilitian éta, éta tiasa janten pentingna konci dina proyék ITER anu disebatkeun di luhur, dimana Cina milu sareng 35 nagara sanés.

Superkonduktor sareng éléktronika

Wewengkon sejen kalawan poténsi hébat, dimana rada leutik, léngkah painstaking keur dicokot tinimbang breakthroughs badag, nyaeta milarian superkonduktor suhu luhur. (2). Hanjakalna, aya seueur alarm palsu sareng hariwang prématur. Biasana laporan média rave tétéla exaggerations atawa ngan saukur bohong. Malah dina laporan anu langkung serius sok aya "tapi". Saperti dina laporan panganyarna, élmuwan di Universitas Chicago geus kapanggih superconductivity, kamampuhan pikeun ngalirkeun listrik tanpa leungitna dina suhu pangluhurna kungsi kacatet. Nganggo téknologi canggih di Laboratorium Nasional Argonne, tim ilmuwan lokal ngulik kelas bahan dimana aranjeunna ningali superkonduktivitas dina suhu sakitar -23 ° C. Ieu luncat sakitar 50 derajat tina catetan anu dikonfirmasi sateuacana.

2. Superkonduktor dina médan magnét

Tangkalna, kumaha waé, anjeun kedah nerapkeun seueur tekanan. Bahan anu diuji nyaéta hidrida. Kanggo sababaraha waktos, lanthanum perhydride parantos dipikaresep khusus. Dina percobaan, éta kapanggih yén sampel pisan ipis bahan ieu némbongkeun superconductivity dina aksi tekenan dina rentang ti 150 nepi ka 170 gigapascals. Hasilna diterbitkeun dina Méi dina jurnal Nature, co-ditulis ku Prof. Vitaly Prokopenko jeung Eran Greenberg.

Pikeun mikirkeun aplikasi praktis tina bahan ieu, anjeun kedah nurunkeun tekanan sareng suhu, sabab bahkan dugi ka -23 ° C henteu praktis pisan. Gawéna mangrupikeun fisika léngkah leutik, anu lumangsung mangtaun-taun di laboratorium di sakumna dunya.

Sami manglaku ka panalungtikan terapan. fenomena magnét dina éléktronika. Nu leuwih anyar, ngagunakeun panyilidikan magnét kacida sénsitip, hiji tim internasional élmuwan geus kapanggih bukti héran yén magnetism nu lumangsung dina panganteur lapisan ipis oksida non-magnétik bisa gampang dikawasa ku cara nerapkeun gaya mékanis leutik. Papanggihan, ngumumkeun Désémber panungtungan di Alam Fisika, nembongkeun cara anyar jeung teu kaduga ngadalikeun magnetism, téoritis ngamungkinkeun pikeun pamikiran ngeunaan memori magnét denser na spintronics, contona.

Papanggihan ieu nyiptakeun kasempetan anyar pikeun miniaturization sél mémori magnét, nu kiwari geus boga ukuran sababaraha puluhan nanométer, tapi miniaturization salajengna maranéhanana ngagunakeun téknologi dipikawanoh hese. Interfaces oksida ngagabungkeun sababaraha fenomena fisik metot kayaning konduktivitas dua diménsi jeung superconductivity. Kontrol arus ku cara magnétisme mangrupikeun widang anu ngajangjikeun dina éléktronika. Milarian bahan sareng sipat anu pas, tapi hargana murah sareng murah, bakal ngajantenkeun urang serius pikeun ngembangkeun spintronic.

capé teuing kontrol panas runtah dina éléktronika. Insinyur UC Berkeley nembe parantos ngembangkeun bahan pilem ipis (ketebalan pilem 50-100 nanométer) anu tiasa dianggo pikeun nyageurkeun panas runtah pikeun ngahasilkeun kakuatan dina tingkat anu teu pernah katingali dina téknologi ieu. Éta ngagunakeun prosés anu disebut konvérsi kakuatan pyroelectric, anu ditingalikeun ku panilitian rékayasa anyar cocog pikeun dianggo dina sumber panas di handap 100 ° C. Ieu ngan salah sahiji conto panganyarna panalungtikan di wewengkon ieu. Aya ratusan atanapi malah rébuan program panalungtikan di sakumna dunya anu aya hubunganana sareng manajemén énergi dina éléktronika.

"Kuring henteu terang naha, tapi éta tiasa dianggo"

Ékspérimén sareng bahan énggal, transisi fase sareng fenomena topologis mangrupikeun daérah panalungtikan anu ngajangjikeun, henteu épisién, sesah sareng jarang pikaresepeun pikeun média. Ieu mangrupikeun salah sahiji panalungtikan anu paling sering dicutat dina widang fisika, sanaos nampi seueur publisitas dina média, anu disebut. mainstream aranjeunna biasana teu meunang.

Percobaan kalawan transformasi fase dina bahan kadang mawa hasil nu teu kaduga, contona lebur logam kalawan titik lebur tinggi suhu kamar. Hiji conto nyaéta prestasi panganyarna tina lebur sampel emas, nu ilaharna ngalembereh dina 1064 ° C dina suhu kamar, maké médan listrik jeung mikroskop éléktron. Parobihan ieu tiasa dibalikkeun sabab mareuman médan listrik tiasa nguatkeun emas deui. Ku kituna, médan listrik geus ngagabung faktor dipikawanoh influencing fase transformasi, sajaba suhu sarta tekanan.

Parobahan fase ogé dititénan nalika sengit pulsa cahaya laser. Hasil ulikan ngeunaan fenomena ieu diterbitkeun dina usum panas 2019 dina jurnal Nature Physics. Tim internasional pikeun ngahontal ieu dipingpin ku Nuh Gedik (3), profésor fisika di Massachusetts Institute of Technology. Para élmuwan manggihan yén salila lebur ngainduksi optik, transisi fase lumangsung ngaliwatan formasi singularities dina bahan, katelah defects topological, anu dina gilirannana mangaruhan éléktron jeung dinamika kisi dihasilkeun dina bahan. Cacat topologis ieu, sakumaha anu dijelaskeun ku Gedik dina publikasina, sami sareng vortex leutik anu lumangsung dina cairan sapertos cai.

Pikeun panalungtikan maranéhanana, élmuwan ngagunakeun sanyawa lanthanum jeung tellurium LaTe.₃. Para panalungtik ngajelaskeun yén lengkah saterusna bakal nyoba nangtukeun kumaha maranéhna bisa "ngahasilkeun defects ieu di luhur dikawasa." Berpotensi, ieu bisa dipaké pikeun neundeun data, dimana pulsa lampu bakal dipaké pikeun nulis atawa ngalereskeun defects dina sistem, nu bakal pakait jeung operasi data.

Sarta saprak urang ngagaduhan ka pulsa laser ultrafast, pamakéan maranéhanana dina loba percobaan metot sarta aplikasi berpotensi ngajangjikeun dina prakna mangrupa topik anu mindeng muncul dina laporan ilmiah. Salaku conto, grup Ignacio Franco, asisten dosen kimia sareng fisika di Universitas Rochester, nembé nunjukkeun kumaha pulsa laser ultragancang tiasa dianggo pikeun distorting sipat zat Oraz generasi arus listrik dina laju anu langkung gancang tibatan téknik anu dipikanyaho ku urang ayeuna. Panaliti ngarawat filamén kaca ipis kalayan durasi sajuta samilyar sadetik. Dina sakedapan panon, bahan kaca robah jadi hal kawas logam anu ngalirkeun listrik. Ieu lumangsung leuwih gancang ti dina sagala sistem dipikawanoh dina henteuna hiji tegangan dilarapkeun. Arah aliran sareng inténsitas arus tiasa dikontrol ku cara ngarobah sipat sinar laser. Sarta saprak éta bisa dikawasa, unggal insinyur éléktronika kasampak kalayan dipikaresep.

Franco dipedar dina publikasi dina Nature Communications.

Sifat fisik fenomena ieu teu pinuh dipikaharti. Franco sorangan curiga yén mékanisme kawas pangaruh hébat, i.e., korelasi émisi atawa nyerep kuanta cahaya jeung médan listrik. Upami éta mungkin pikeun ngawangun sistem éléktronik anu tiasa dianggo dumasar kana fenomena ieu, urang bakal gaduh épisode séjén tina séri rékayasa anu disebut Urang Teu Nyaho Naha, Tapi Gawéna.

Sensitipitas sareng ukuranana leutik

Giroskop mangrupakeun alat nu mantuan kandaraan, drones, kitu ogé utilitas éléktronik jeung alat portabel napigasi dina spasi tilu diménsi. Ayeuna aranjeunna seueur dianggo dina alat anu kami anggo unggal dinten. Dina awalna, gyroscopes éta sakumpulan roda nested, nu masing-masing diputer sabudeureun sumbu sorangan. Kiwari, dina telepon sélulér, urang mendakan sénsor mikroéléktromékanis (MEMS) anu ngukur parobahan gaya anu nimpah dua massa anu idéntik, osilasi sareng gerak dina arah anu sabalikna.

Gyroscopes MEMS gaduh watesan sensitipitas anu signifikan. Jadi gedongna giroskop optik, kalayan henteu aya bagian anu gerak, pikeun tugas anu sami anu nganggo fenomena anu disebut Pangaruh sagnac. Sanajan kitu, nepi ka ayeuna aya masalah miniaturization maranéhanana. The gyroscopes optik kinerja tinggi pangleutikna sadia leuwih badag batan bal ping pong tur teu cocog pikeun loba aplikasi portabel. Sanajan kitu, insinyur di Caltech Universitas Téknologi, dipingpin ku Ali Hadjimiri, geus ngembangkeun hiji giroskop optik anyar nu. lima ratus kali kirangnaon anu dipikawanoh jadi jauh4). Anjeunna ningkatkeun sensitipitasna ku ngagunakeun téknik anyar anu disebut "silih panguatan»Antara dua pancaran cahaya nu dipaké dina interferometer Sagnac has. Alat anyar ieu dijelaskeun dina tulisan anu diterbitkeun dina Nature Photonics Nopémber kamari.

4. Giroskop optik dikembangkeun ku Ali Hadjimiri sareng kolega-Na. 

Ngembangkeun hiji giroskop optik akurat bisa greatly ngaronjatkeun orientasi smartphone. Sabalikna, éta diwangun ku élmuwan ti Columbia Engineering. lensa datar munggaran sanggup leres museurkeun rupa-rupa kelir dina titik anu sarua tanpa merlukeun elemen tambahan bisa mangaruhan kamampuh fotografik alat mobile. Lensa datar micron-ipis revolusioner nyata thinner ti lambar kertas jeung delivers kinerja comparable jeung lénsa komposit premium. Papanggihan grup, dipingpin ku Nanfang Yu, asisten dosen fisika terapan, dibere dina ulikan diterbitkeun dina jurnal Alam.

Élmuwan parantos ngawangun lénsa datar tina "metaatom". Unggal metaatom mangrupa fraksi panjang gelombang cahaya dina ukuran sarta reureuh gelombang cahaya ku jumlah béda. Ku ngawangun lapisan datar pisan ipis nanostructures dina substrat sakumaha kandel bulu manusa, para élmuwan éta bisa ngahontal fungsionalitas sarua salaku sistem lénsa konvensional teuing kandel tur heavier. Metalens tiasa ngagentos sistem lénsa ageung dina cara anu sami sareng TV layar datar ngagentos TV tabung sinar katoda.

Naha a collider badag lamun aya cara séjén

Fisika léngkah leutik ogé tiasa gaduh hartos sareng hartos anu béda. Salaku conto - tinimbang ngawangun struktur tipe monstrously badag sarta nungtut malah leuwih badag, sakumaha loba fisikawan ngalakukeun, hiji bisa coba pikeun manggihan jawaban kana patarosan badag kalawan parabot leuwih modest.

Seuseueurna akselerator ngagancangkeun sinar partikel ku cara ngahasilkeun médan listrik sareng magnét. Sanajan kitu, pikeun sawatara waktu anjeunna experimented kalawan téhnik béda - akselerator plasma, akselerasi partikel muatan kayaning éléktron, positron jeung ion maké médan listrik digabungkeun jeung gelombang dihasilkeun dina plasma éléktron. Akhir-akhir ieu kuring ngusahakeun versi anyarna. Tim AWAKE di CERN ngagunakeun proton (sanes éléktron) pikeun nyieun gelombang plasma. Pindah ka proton tiasa nyandak partikel ka tingkat énergi anu langkung luhur dina hiji léngkah akselerasi. Bentuk séjén tina akselerasi médan awaking plasma merlukeun sababaraha léngkah pikeun ngahontal tingkat énergi anu sarua. Élmuwan yakin téknologi dumasar protonna tiasa ngamungkinkeun urang ngawangun akselerator anu langkung alit, langkung mirah, sareng langkung kuat dina mangsa nu bakal datang.

5. Dua-tahap akselerator miniatur ti DESY - visualisasi

Sabalikna, élmuwan ti DESY (singketan tina Deutsches Elektronen-Synchrotron - synchrotron éléktronik Jerman) nyetél catetan anyar dina widang miniaturisasi akselerator partikel dina bulan Juli. Akselerator terahertz leuwih ti dua kali ganda énergi éléktron nu disuntikkeun (5). Dina waktu nu sarua, setelan nyata ngaronjatkeun kualitas pancaran éléktron dibandingkeun percobaan saméméhna jeung téhnik ieu.

Franz Kärtner, kapala optik ultrafast sareng grup sinar-X di DESY, ngajelaskeun dina siaran pers. -

Alat anu aya hubunganana ngahasilkeun médan akselerasi kalayan inténsitas maksimal 200 juta volt per méter (MV/m) - sami sareng akselerator konvensional modern anu paling kuat.

Kahareupna anyar, detektor kawilang leutik ALFA-g (6), diwangun ku TRIUMF parusahaan Kanada tur shipped ka CERN saméméhna taun ieu, boga tugas ngukur akselerasi gravitasi antimateri. Naha antimateri ngagancangan ku ayana médan gravitasi di permukaan Bumi ku +9,8 m/s2 (handap), ku -9,8 m/s2 (kaluhur), ku 0 m/s2 (teu aya akselerasi gravitasi pisan), atawa boga sababaraha nilai séjén? Kamungkinan dimungkinkeun bakal revolutionize fisika. A aparat ALPHA-g leutik bisa, salian ngabuktikeun ayana "anti gravitasi", ngakibatkeun urang dina jalur ngarah ka misteri greatest alam semesta.

Dina skala anu langkung alit, urang nyobian ngulik fénoména tingkat anu langkung handap. Di luhur 60 miliar révolusi per detik eta bisa dirancang ku élmuwan ti Universitas Purdue jeung universitas Cina. Numutkeun pangarang percobaan dina artikel diterbitkeun sababaraha bulan kapengker dina Physical Review Letters, sapertos kreasi puteran gancang bakal ngidinan aranjeunna pikeun hadé ngartos. rusiah .

Obyék, anu dina rotasi ekstrim sarua, nyaéta nanopartikel ngeunaan 170 nanométer lega sarta 320 nanométer panjang, nu élmuwan disintésis tina silika. Tim peneliti ngangkat hiji obyék dina vakum ngagunakeun laser a, nu lajeng pulsed eta dina speed tremendous. Lengkah saterusna bakal ngalaksanakeun percobaan kalawan speeds rotational malah leuwih luhur, nu bakal ngidinan panalungtikan akurat ngeunaan téori fisik dasar, kaasup bentuk aheng tina gesekan dina vakum a. Sakumaha anjeun tiasa tingali, anjeun henteu kedah ngawangun kilométer pipa sareng detéktor raksasa pikeun nyanghareupan misteri dasar.

Dina 2009, élmuwan junun nyieun jenis husus tina black hole di laboratorium nu absorbs sora. Saprak harita ieu asup kaakal  kabuktian mangpaatna salaku analog laboratorium tina objék nyerep cahaya. Dina makalah anu diterbitkeun dina jurnal Nature Juli ieu, peneliti di Technion Israel Institute of Technology ngajelaskeun kumaha aranjeunna nyiptakeun black hole sonic sareng ngukur suhu radiasi Hawking na. Pangukuran ieu saluyu sareng suhu anu diprediksi ku Hawking. Ku kituna, sigana teu perlu nyieun hiji ekspedisi ka black hole pikeun ngajajah eta.

Saha anu terang upami disumputkeun dina proyék-proyék ilmiah anu katingalina kurang éfisién ieu, dina usaha laboratorium anu parah sareng percobaan-percobaan anu diulang-ulang pikeun nguji téori-téori anu leutik, fragméntasi, mangrupikeun jawaban kana patarosan anu paling ageung. Sajarah elmu ngajarkeun yén ieu bisa lumangsung.