Egin dezagun gurea eta agian iraultza izango da

Aurkikuntza handiak, teoria ausartak, aurrerapen zientifikoak. Hedabideak halako formulazioz beteta daude, normalean gehiegizkoak. Nonbait "fisika handiaren", LHCaren, oinarrizko galdera kosmologikoen eta Eredu Estandarraren aurkako borrokaren itzalean, ikertzaile langileak isilean ari dira beren lana egiten, aplikazio praktikoetan pentsatzen eta gure ezagutzaren eremua pausoz pauso zabaltzen ari dira.

"Egin dezagun geure gauza" izan daiteke, zalantzarik gabe, fusio termonuklearraren garapenean parte hartzen duten zientzialarien leloa. Zeren eta, galdera handiei erantzun handiak eman arren, prozesu honekin lotutako arazo praktiko, itxuraz hutsalak, konpontzea gai da mundua iraultzeko.

Beharbada, adibidez, eskala txikiko fusio nuklearra egiteko aukera izango da -mahai batean sartzen diren ekipoekin-. Washingtongo Unibertsitateko zientzialariek iaz eraiki zuten gailua Z-pintxa (1), 5 mikrosegundoren barruan fusio-erreakzio bat mantentzeko gai dena, nahiz eta informazio ikusgarri nagusia erreaktorearen miniaturizazioa izan, 1,5 m baino ez dituena.Z-pintxak plasma eremu magnetiko indartsu batean harrapatuz eta konprimituz funtzionatzen du.

Ez da oso eraginkorra, baina oso garrantzitsua izan daiteke egiteko ahaleginak . Physics of Plasmas aldizkarian 2018ko urrian argitaratutako AEBetako Energia Sailak (DOE) egindako ikerketaren arabera, fusio-erreaktoreek plasma-oszilazioa kontrolatzeko gaitasuna dute. Uhin hauek energia handiko partikulak erreakzio-eremutik kanporatzen dituzte, fusio-erreakziorako behar den energiaren zati bat berekin hartuta. DOE ikerketa berri batek ordenagailuaren simulazio sofistikatuak deskribatzen ditu, uhinen sorrera jarraitu eta iragar dezaketenak, fisikariei prozesua saihesteko eta partikulak kontrolpean mantentzeko gaitasuna emanez. Zientzialariek euren lanak eraikuntzan laguntzea espero dute ITER, agian Frantziako fusio-erreaktore esperimentalen proiekturik ospetsuena.

Era berean, esaterako, lorpenak plasmaren tenperatura 100 milioi gradu Celsius, iazko amaieran Txinako Plasma Fisika Institutuko zientzialari talde batek Experimental Advanced Superconducting Tokamak-en (EAST) lortutakoa, fusio eraginkorrean urratsez urratseko aurrerapenaren adibidea da. Azterketari buruzko iritzia eman duten adituen arabera, funtsezko garrantzia izan dezake aipatutako ITER proiektuan, Txinak beste 35 herrialderekin batera parte hartzen baitu.

Supereroaleak eta elektronika

Potentzial handiko beste arlo bat, non aurrerapen handien ordez urrats txiki samarrak eta zorrotzak ematen ari diren, tenperatura altuko supereroaleen bilaketa da. (2). Zoritxarrez, alarma faltsu asko eta kezka goiztiarrak daude. Normalean, hedabideen erreportaje onak gehiegikeriak edo, besterik gabe, gezurra izaten dira. Erreportaje serioagoetan ere beti dago “baina”. Azken txosten batean bezala, Chicagoko Unibertsitateko zientzialariek supereroankortasuna aurkitu dute, elektrizitatea inoiz erregistratutako tenperaturarik altuenetan galerarik gabe eroateko gaitasuna. Argonne National Laboratory-ko punta-puntako teknologia erabiliz, bertako zientzialari talde batek supereroankortasuna behatu zuten -23 °C inguruko tenperaturetan material klase bat aztertu zuen. Aurreko errekor baieztatutik 50 gradu inguruko jauzia da.

2. Supereroalea eremu magnetiko batean

Harrapaketa, ordea, presio handia egin behar duzula da. Probatu ziren materialak hidruroak izan ziren. Aspalditik, lantano perhidridroak interes berezia izan du. Esperimentuetan, material honen lagin oso meheek 150 eta 170 gigapascal bitarteko presioen eraginpean supereroankortasuna erakusten dute. Emaitzak maiatzean argitaratu ziren Nature aldizkarian, Prof. Vitaly Prokopenko eta Eran Greenberg.

Material hauen aplikazio praktikoari buruz pentsatzeko, presioa eta tenperatura ere jaitsi beharko dituzu, -23 ºC-ra ere ez baita oso praktikoa. Lana urrats txikietako fisika tipikoa da, mundu osoko laborategietan urte luzez.

Gauza bera gertatzen da ikerketa aplikatuarekin. elektronikako fenomeno magnetikoak. Duela gutxi, oso sentikorrak diren zunda magnetikoak erabiliz, nazioarteko zientzialari talde batek froga harrigarriak aurkitu ditu oxido ez-magnetikoaren geruza meheen interfazean gertatzen den magnetismoa indar mekaniko txikiak aplikatuz erraz kontrola daitekeela. Joan den abenduan Nature Physics aldizkarian iragarritako aurkikuntzak magnetismoa kontrolatzeko modu berri eta ustekabeko bat erakusten du, teorian memoria magnetiko trinkoagoetan eta espintronikan pentsatzeko aukera emanez, adibidez.

Aurkikuntza honek aukera berri bat sortzen du memoria magnetikoko zelulak miniaturizatzeko, gaur egun dagoeneko hamarnaka nanometroko tamaina dutenak, baina teknologia ezagunak erabiliz gero miniaturizazioa zaila da. Oxidoen interfazeek fenomeno fisiko interesgarri batzuk konbinatzen dituzte, hala nola bi dimentsioko eroankortasuna eta supereroankortasuna. Magnetismoaren bidez korrontea kontrolatzea oso etorkizun handiko eremua da elektronikan. Propietate egokiak dituzten materialak aurkitzeak, hala ere merkeak eta merkeak, garatzeko orduan serio hartzeko aukera emango liguke espintronikoa.

nekagarria da ere hondakin-beroaren kontrola elektronikan. UC Berkeleyko ingeniariek film meheko material bat (filmaren lodiera 50-100 nanometrokoa) garatu berri dute, hondakin-beroa berreskuratzeko erabil daitekeena, teknologia mota honetan inoiz ikusi gabeko energia sortzeko. Potentzia piroelektriko bihurketa izeneko prozesua erabiltzen du, eta ingeniaritza ikerketa berriek erakusten dutenez, 100 °C-tik beherako bero-iturrietan erabiltzeko egokia da. Arlo honetako ikerketaren azken adibideetako bat besterik ez da. Ehunka edo milaka ikerketa-programa daude mundu osoan elektronikan energiaren kudeaketarekin lotuta.

"Ez dakit zergatik, baina funtzionatzen du"

Material berriak, haien fase-trantsizioak eta fenomeno topologikoak esperimentatzea oso itxaropentsua den ikerketa-eremua da, ez oso eraginkorra, zaila eta oso gutxitan erakargarria komunikabideentzat. Fisikaren alorrean gehien aipatzen den ikerketa bat da, nahiz eta hedabideetan, deiturikoak, publizitate handia izan. mainstream normalean ez dute irabazten.

Materialetan fase-eraldaketak dituzten esperimentuek batzuetan ustekabeko emaitzak ekartzen dituzte, adibidez metalen galdaketa fusio-puntu altuekin giro-tenperatura. Adibide bat urre laginak urtzearen azken lorpena da, normalean 1064 °C-tan urtzen dira giro-tenperaturan, eremu elektrikoa eta mikroskopio elektronikoa erabiliz. Aldaketa hau itzulgarria izan zen, eremu elektrikoa itzaltzeak urrea berriro solido zezakeelako. Horrela, eremu elektrikoak fase-eraldaketak eragiten dituzten faktore ezagunak elkartu ditu, tenperaturaz eta presioaz gain.

Fase-aldaketak ere nabaritu ziren bizian laser-argiaren pultsuak. Fenomeno honen azterketaren emaitzak 2019ko udan argitaratu ziren Nature Physics aldizkarian. Hori lortzeko nazioarteko taldea Nuh Gedik zuzendu zuen (3), fisikako irakaslea Massachusettseko Teknologia Institutuan. Zientzialariek aurkitu zuten optikoki induzitutako urtzean, fase-trantsizioa materialaren berezitasunen eraketaren bidez gertatzen dela, akats topologiko gisa ezagutzen direnak, eta, aldi berean, materialaren ondoriozko elektroi- eta sare-dinamikan eragiten dute. Akats topologiko hauek, Gedik bere argitalpenean azaldu zuenez, ura bezalako likidoetan gertatzen diren zurrunbilo txikien antzekoak dira.

Ikerketarako, zientzialariek lantano eta telurio LaTe konposatu bat erabili zuten.₃. Ikertzaileek azaldu dutenez, hurrengo urratsa «akats horiek modu kontrolatuan sor ditzaketen» zehazten saiatzea izango da. Potentzialki, hori datuak biltegiratzeko erabil liteke, non argi-pultsuak erabiliko lirateke sistemako akatsak idazteko edo konpontzeko, datu-eragiketei dagozkienak.

Eta laser pultsu ultraazkarretara iritsi ginenez, esperimentu interesgarri askotan eta praktikan balizko aplikazio itxaropentsuetan erabiltzea txosten zientifikoetan maiz agertzen den gaia da. Esaterako, Rochester Unibertsitateko Kimika eta Fisikako irakasle laguntzaile Ignacio Francoren taldeak duela gutxi laser pultsu ultraazkar nola erabil daitezkeen erakutsi zuen. materiaren propietate deformatzaileak Oraz korronte elektrikoa sortzea orain arte ezagutzen ditugun teknikak baino abiadura handiagoan. Ikertzaileek beirazko harizpi meheak tratatu zituzten segundo baten milioiren baten iraupena zutenak. Begi baten keinu batean, beirazko materiala elektrizitatea eroaten duen metal baten antzeko zerbait bihurtu zen. Ezagutzen diren edozein sistematan baino azkarrago gertatu zen hori aplikatutako tentsiorik ezean. Fluxuaren norabidea eta korrontearen intentsitatea kontrola daitezke laser izpiaren propietateak aldatuz. Eta kontrola daitekeenez, elektronika ingeniari orok interes handiz begiratzen du.

Francok Nature Communications aldizkarian argitalpen batean azaldu zuen.

Fenomeno horien izaera fisikoa ez da guztiz ulertzen. Francok berak susmatzen du mekanismoak bezalakoak efektu zorrotza, hau da, argi-quanten igorpen edo xurgapenaren korrelazioa eremu elektriko batekin. Fenomeno horietan oinarrituta funtzionatzen duten sistema elektronikoak eraikitzea posible izango balitz, We Don't Know Why, But It Works izeneko ingeniaritza seriearen beste atal bat izango genuke.

Sentikortasuna eta tamaina txikia

Giroskopioak ibilgailuei, droneei, baita utilitate elektronikoei eta gailu eramangarriei ere hiru dimentsioko espazioan nabigatzen laguntzen dieten gailuak dira. Orain asko erabiltzen dira egunero erabiltzen ditugun gailuetan. Hasieran, giroskopioak habiaraturiko gurpilen multzo bat ziren, bakoitza bere ardatzaren inguruan biratzen zen. Gaur egun, telefono mugikorretan, bi masa berdinetan eragiten duten indar aldaketak neurtzen dituzten sentsore mikroelekromekanikoak (MEMS) aurkitzen ditugu, oszilatuz eta kontrako noranzkoan mugituz.

MEMS giroskopioek sentsibilitate-muga handiak dituzte. Beraz, eraikitzen ari da giroskopio optikoak, zati mugikorrik gabe, izeneko fenomeno bat erabiltzen duten zeregin berberetarako Sagnac efektua. Hala ere, orain arte haien miniaturizazioaren arazoa zegoen. Eskuragarri dauden errendimendu handiko giroskopio optiko txikienak ping-pong pilota bat baino handiagoak dira eta ez dira egokiak aplikazio eramangarri askotan. Hala ere, Caltech Unibertsitate Teknologikoko ingeniariek, Ali Hadjimiri buru, giroskopio optiko berri bat garatu dute. bostehun aldiz gutxiagoorain arte ezagutzen dena4). Bere sentikortasuna hobetzen du " izeneko teknika berri baten bitartez.elkarren indartzea» Sagnac interferometro tipiko batean erabiltzen diren bi argi izpien artean. Gailu berria joan den azaroan Nature Photonics aldizkarian argitaratutako artikulu batean deskribatu zen.

4. Ali Hadjimirik eta bere lankideek garatutako giroskopio optikoa. 

Giroskopio optiko zehatz baten garapenak telefono adimendunen orientazioa asko hobetu dezake. Era berean, Columbia Engineeringko zientzialariek eraiki zuten. lehen lente laua elementu osagarrien beharrik gabe kolore sorta zabala behar bezala fokuratzeko gai den ekipo mugikorren argazki-gaitasunari eragin diezaioke. Mikra-meheko lente lau iraultzailea paper orri bat baino nabarmen meheagoa da eta lehen mailako lente konposatuen pareko errendimendua eskaintzen du. Nanfang Yu fisika aplikatuko irakasle laguntzaileak zuzendutako taldearen aurkikuntzak Nature aldizkarian argitaratutako ikerketa batean aurkezten dira.

Zientzialariek lente lauak eraiki dituzte "metaatomoak". Metaatomo bakoitza argiaren uhin-luzera baten zati bat da eta argi-uhinak beste kopuru batean atzeratzen ditu. Nanoegituren geruza lau oso mehea giza ilea bezain lodi baten gainean eraikiz, zientzialariek lente sistema konbentzional askoz lodiago eta astunago baten funtzionalitate bera lortu zuten. Metalenses-ek lente handien sistemak ordezka ditzake pantaila lauko telebistak CRT telebistak ordezkatu dituzten modu berean.

Zergatik talkatzaile handi bat beste modu batzuk daudenean

Urrats txikien fisikak ere esanahi eta esanahi desberdinak izan ditzake. Adibidez - ikaragarrizko motako egiturak eraiki eta are handiagoak eskatu beharrean, fisikari askok egiten duten bezala, galdera handiei erantzunak bilatzen saiatu daiteke tresna xumeagoekin.

Azeleragailu gehienek partikulen izpiak bizkortzen dituzte eremu elektriko eta magnetikoak sortuz. Hala ere, denbora batez beste teknika batekin esperimentatu zuen - plasma azeleragailuak, elektroiak, positroiak eta ioiak bezalako partikula kargatuen azelerazioa eremu elektriko bat erabiliz elektroi-plasma batean sortutako uhin batekin konbinatuta. Azkenaldian haien bertsio berrian ari naiz lanean. CERNeko AWAKE taldeak protoiak (ez elektroiak) erabiltzen ditu plasma uhin bat sortzeko. Protoietara aldatzeak energia maila altuagoetara eraman ditzake partikulak azelerazio-urrats bakarrean. Plasma esnatzeko eremuaren azelerazio beste forma batzuek hainbat urrats behar dituzte energia-maila berera iristeko. Zientzialariek uste dute protoietan oinarritutako teknologiak etorkizunean azeleragailu txikiagoak, merkeagoak eta indartsuagoak eraiki ditzakegula.

5. DESYren bi etapako miniaturazko azeleragailua - bistaratzea

Aldiz, DESYko zientzialariek (Deutsches Elektronen-Synchrotron - alemaniar sinkrotroi elektronikoa) errekor berria ezarri zuten uztailean partikula azeleragailuen miniaturizazioaren arloan. Terahertz azeleragailuak injektatutako elektroien energia bikoiztu zuen (5). Aldi berean, konfigurazioak elektroi-izpiaren kalitatea nabarmen hobetu zuen teknika honekin aurreko esperimentuekin alderatuta.

Franz Kärtner-ek, DESYko optika ultraazkar eta X izpien taldeko buruak, prentsa ohar baten bidez azaldu du. -

Lotutako gailuak 200 milioi voltioko (MV/m) gehienezko intentsitatearekin azelerazio-eremu bat sortu zuen, ohiko azeleragailu moderno indartsuenaren antzekoa.

Aldiz, detektagailu berri eta txiki samarra ALFA-g (6), Kanadako TRIUMF konpainiak eraikia eta CERNera bidali zuen urte hasieran, zeregina du. antimateriaren grabitazio-azelerazioa neurtzea. Antimateria Lurraren gainazalean grabitazio-eremu baten aurrean azeleratzen al da +9,8 m/s2 (behean), -9,8 m/s2 (gora), 0 m/s2 (batere grabitazio-azeleraziorik gabe) edo badu? beste balio bat? Azken aukera honek fisika irauliko luke. ALPHA-g aparatu txiki batek, "grabitatearen aurkako" existentzia frogatzeaz gain, unibertsoko misterio handienetara doan bidetik eraman gaitzake.

Are eskala txikiagoan, are maila baxuagoko fenomenoak aztertzen saiatzen ari gara. Goian 60 mila milioi bira segundoko Purdue Unibertsitateko eta Txinako unibertsitateetako zientzialariek diseinatu dezakete. Esperimentuaren egileek duela hilabete batzuk Physical Review Letters aldizkarian argitaratutako artikulu batean adierazi dutenez, hain bizkor biraka ari den sorkuntzak hobeto ulertzeko aukera emango die. sekretuak .

Objektua, muturreko errotazio berean dagoena, 170 nanometro inguruko zabalera eta 320 nanometroko luzera duen nanopartikula bat da, zientzialariek silizetik sintetizatutakoa. Ikerketa-taldeak objektu bat lebitatu zuen hutsean laser bat erabiliz, eta gero abiadura izugarrian pultsatu zuen. Hurrengo urratsa biraketa-abiadura are handiagoko esperimentuak egitea izango da, oinarrizko teoria fisikoen ikerketa zehatza ahalbidetuko duena, hutsean marruskadura forma exotikoak barne. Ikusten duzun bezala, ez duzu kilometro hodi eta detektagailu erraldoirik eraiki behar oinarrizko misterioei aurre egiteko.

2009an, zientzialariek soinua xurgatzen duen zulo beltz berezi bat sortzea lortu zuten laborategian. Harrezkero hauek soinua  argia xurgatzen duen objektuaren laborategiko analogo gisa erabilgarria dela frogatu zen. Uztail honetan Nature aldizkarian argitaratutako artikulu batean, Technion Israel Institute of Technology-ko ikertzaileek zulo beltz soniko bat nola sortu zuten eta Hawking-en erradiazio-tenperatura nola neurtu zuten deskribatzen dute. Neurketa hauek Hawking-ek iragarritako tenperaturarekin bat egin zuten. Hala, badirudi ez dela beharrezkoa zulo beltz batera espedizio bat egitea hura esploratzeko.

Nork daki eraginkorrak ez diren proiektu zientifiko itxuraz ez ote diren, laborategiko ahalegin neketsuetan eta teoria txiki eta zatikatuak probatzeko errepikatutako esperimentuetan ezkutatuta dauden galdera handienen erantzunak. Zientziaren historiak hori gerta daitekeela irakasten du.