Ann fè bagay nou e petèt ap gen yon revolisyon

Gwo dekouvèt, teyori fonse, dekouvèt syantifik. Medya yo plen fòmilasyon sa yo, anjeneral ekzajere. Yon kote nan lonbraj "gwo fizik", LHC, kesyon kosmolojik fondamantal ak batay kont Modèl Estanda a, chèchè k ap travay di yo ap fè travay yo an silans, reflechi sou aplikasyon pratik ak elaji domèn konesans nou an etap pa etap.

"Ann fè pwòp bagay nou yo" kapab sètènman eslogan nan syantis ki enplike nan devlopman fizyon tèrmonikleyè. Paske, malgre gwo repons yo bay gwo kesyon yo, solisyon an nan pwoblèm pratik, ki sanble ensiyifyan ki asosye ak pwosesis sa a, se kapab revolisyone mond lan.

Petèt, pou egzanp, li pral posib fè ti-echèl fizyon nikleyè - ak ekipman ki adapte sou yon tab. Syantis nan University of Washington te konstwi aparèy la ane pase Z-zongle (1), ki se kapab kenbe yon reyaksyon fizyon nan 5 mikrosgond, byenke enfòmasyon prensipal la enpresyonan te miniaturizasyon nan raktor a, ki se sèlman 1,5 m long. Z-pinch la travay pa pyèj ak konprese plasma a nan yon jaden mayetik pwisan.

Pa trè efikas, men potansyèlman trè enpòtan efò pou . Dapre rechèch Depatman Enèji Ameriken an (DOE), ki te pibliye an Oktòb 2018 nan jounal Physics of Plasmas, reyaktè fizyon yo gen kapasite pou kontwole osilasyon plasma. Vag sa yo pouse patikil ki gen gwo enèji soti nan zòn reyaksyon an, yo pran ak yo kèk nan enèji ki nesesè pou reyaksyon fizyon an. Yon nouvo etid DOE dekri simulation òdinatè sofistike ki ka swiv ak predi fòmasyon onn, ki bay fizisyen kapasite pou anpeche pwosesis sa a epi kenbe patikil yo anba kontwòl. Syantis yo espere travay yo pral ede nan konstriksyon ITER, petèt pwojè ki pi popilè eksperimantal fizyon raktor an Frans.

Tou reyalizasyon tankou tanperati plasma 100 milyon degre Sèlsiyis, jwenn nan fen ane pase a pa yon ekip syantis nan Enstiti Lachin nan Fizik Plasma nan Eksperimantal Avanse Superconducting Tokamak (EAST), se yon egzanp yon pwogrè etap pa etap nan direksyon pou fizyon efikas. Dapre ekspè yo fè kòmantè sou etid la, li ka gen yon enpòtans enpòtan nan pwojè ITER susmansyone a, nan ki Lachin patisipe ansanm ak 35 lòt peyi yo.

Superconductors ak elektwonik

Yon lòt zòn ki gen gwo potansyèl, kote olye ti, etap rigoureux yo te pran olye pou yo gwo dekouvèt, se rechèch la pou supèkondiktè wo-tanperati. (2). Malerezman, gen yon anpil nan fo alam ak enkyetid twò bonè. Anjeneral rapò medya rave yo vin egzajerasyon oswa tou senpleman pa vre. Menm nan rapò ki pi grav toujou gen yon "men". Kòm nan yon rapò resan, syantis nan University of Chicago te dekouvri supèrkonduktivite, kapasite nan fè elektrisite san pèt nan tanperati ki pi wo yo janm anrejistre. Sèvi ak teknoloji dènye kri nan laboratwa nasyonal Argonne, yon ekip syantis lokal etidye yon klas materyèl kote yo obsève supèrkonduktivite nan tanperati alantou -23 ° C. Sa a se yon so nan apeprè 50 degre nan dosye anvan an konfime.

2. Superconductor nan yon chan mayetik

Trape an, sepandan, se ke ou dwe aplike yon anpil nan presyon. Materyèl yo te teste yo se idr. Depi kèk tan, lantan perhydride te yon enterè patikilye. Nan eksperyans, li te jwenn ke echantiyon ekstrèm mens nan materyèl sa a montre supèrkonduktivite anba aksyon an nan presyon nan seri a soti nan 150 a 170 gigapascal. Rezilta yo te pibliye nan mwa me nan jounal Nature, ko-otè pa Prof. Vitaly Prokopenko ak Eran Greenberg.

Pou reflechi sou aplikasyon an pratik nan materyèl sa yo, ou pral gen pi ba presyon an ak tou tanperati a, paske menm desann nan -23 ° C se pa trè pratik. Travay sou li se fizik tipik ti etap, k ap pase pou ane nan laboratwa atravè mond lan.

Menm bagay la tou aplike nan rechèch aplike. fenomèn mayetik nan elektwonik. Plis dènyèman, lè l sèvi avèk sond mayetik trè sansib, yon ekip entènasyonal syantis te jwenn prèv etone ke mayetis la ki rive nan koòdone nan kouch mens nan oksid ki pa mayetik ka fasil kontwole pa aplike ti fòs mekanik. Dekouvèt la, te anonse nan Desanm pase a nan Nature Physics, montre yon fason nouvo ak inatandi kontwole mayetis, teyorikman pèmèt pou panse sou pi dans memwa mayetik ak spintronik, pou egzanp.

Dekouvèt sa a kreye yon nouvo opòtinite pou miniaturization nan selil memwa mayetik, ki jodi a deja gen yon gwosè nan plizyè dizèn nan nanomèt, men plis miniaturization yo lè l sèvi avèk teknoloji li te ye difisil. Koòdone oksid konbine yon kantite fenomèn fizik enteresan tankou konduktiviti ki genyen de dimansyon ak supèrkonduktivite. Kontwòl aktyèl la pa mwayen mayetis se yon jaden trè pwomèt nan elektwonik. Jwenn materyèl ak pwopriyete yo dwa, men abòdab ak bon mache, ta pèmèt nou vin seryezman sou devlopman spintronik.

li fatigan tou kontwòl chalè fatra nan elektwonik. Enjenyè UC Berkeley dènyèman devlope yon materyèl fim mens (epesè fim 50-100 nanomèt) ki ka itilize pou rekipere chalè fatra pou jenere pouvwa nan nivo pa janm wè anvan nan kalite teknoloji sa a. Li sèvi ak yon pwosesis ki rele konvèsyon pouvwa piroelektrik, ki nouvo rechèch jeni montre se byen adapte pou itilize nan sous chalè ki anba a 100 ° C. Sa a se jis youn nan dènye egzanp rechèch nan domèn sa a. Gen dè santèn oswa menm dè milye de pwogram rechèch atravè mond lan ki gen rapò ak jesyon enèji nan elektwonik.

"Mwen pa konnen poukisa, men li travay"

Eksperyans ak nouvo materyèl, tranzisyon faz yo ak fenomèn topolojik yo se yon zòn rechèch trè pwomèt, pa trè efikas, difisil ak raman atire medya yo. Sa a se youn nan rechèch ki pi souvan site nan domèn fizik, byenke li te resevwa anpil piblisite nan medya yo, sa yo rele. endikap yo anjeneral pa genyen.

Eksperyans ak transfòmasyon faz nan materyèl pafwa pote rezilta inatandi, pou egzanp fusion metal ak gwo pwen k ap fonn tanperati chanm. Yon egzanp se dènye reyalizasyon echantiyon lò k ap fonn, ki tipikman fonn nan 1064 ° C nan tanperati chanm, lè l sèvi avèk yon jaden elektrik ak yon mikwoskòp elèktron. Chanjman sa a te revèsib paske etenn jaden elektrik la ka solidifye lò a ankò. Se konsa, jaden elektrik la te rantre nan faktè sa yo li te ye enfliyanse transfòmasyon faz, nan adisyon a tanperati ak presyon.

Chanjman faz yo te obsève tou pandan entans pulsasyon limyè lazè. Rezilta etid fenomèn sa a te pibliye nan ete 2019 nan jounal Nature Physics. Ekip entènasyonal pou reyalize sa te dirije pa Nuh Gedik (3), pwofesè nan fizik nan Massachusetts Institute of Technology. Syantis yo te jwenn ke pandan fonn optik pwovoke, tranzisyon an faz rive nan fòmasyon nan sengularite nan materyèl la, ke yo rekonèt kòm domaj topolojik, ki an vire afekte elektwon ki kapab lakòz ak dinamik lasi nan materyèl la. Defo topolojik sa yo, jan Gedik te eksplike nan piblikasyon li a, se analogue ak ti toubiyon ki rive nan likid tankou dlo.

Pou rechèch yo, syantis yo te itilize yon konpoze lantan ak telurium LaTe.₃. Chèchè yo eksplike ke pwochen etap la pral eseye detèmine ki jan yo ka "jenere domaj sa yo nan yon fason kontwole." Potansyèlman, sa a ta ka itilize pou depo done, kote batman limyè yo ta itilize pou ekri oswa repare domaj nan sistèm nan, ki ta koresponn ak operasyon done yo.

Epi depi nou te rive nan pulsasyon lazè ultrarapid, itilizasyon yo nan anpil eksperyans enteresan ak aplikasyon potansyèlman pwomèt nan pratik se yon sijè ki souvan parèt nan rapò syantifik. Pa egzanp, gwoup Ignacio Franco, pwofesè asistan nan chimi ak fizik nan University of Rochester, dènyèman te montre kijan pulsasyon lazè ultrarapid yo ka itilize pou defòme pwopriyete matyè yo Oraz jenerasyon kouran elektrik nan yon vitès pi vit pase nenpòt teknik nou konnen byen lwen tèlman. Chèchè yo te trete filaman vè mens ak yon dire yon milyonyèm nan milya dola nan yon segonn. Nan yon bat je, materyèl glas la tounen yon bagay tankou yon metal ki kondwi elektrisite. Sa a te rive pi vit pase nan nenpòt sistèm li te ye nan absans la nan yon vòltaj aplike. Direksyon koule a ak entansite aktyèl la ka kontwole pa chanje pwopriyete yo nan gwo bout bwa a lazè. Epi depi li ka kontwole, chak enjenyè elektwonik sanble ak enterè.

Franco eksplike nan yon piblikasyon nan Nature Communications.

Nati fizik fenomèn sa yo pa fin konprann. Franco li menm sispèk ke mekanis tankou efè sevè, sa vle di, korelasyon emisyon oswa absòpsyon quanta limyè ak yon jaden elektrik. Si li te posib yo bati sistèm elektwonik k ap travay ki baze sou fenomèn sa yo, nou ta gen yon lòt epizòd nan seri a jeni ki rele We Don't Know Why, But It Works.

Sansiblite ak ti gwosè

Jiroskop se aparèy ki ede machin, dron, ansanm ak sèvis piblik elektwonik ak aparèy pòtab navige nan espas ki genyen twa dimansyon. Koulye a, yo lajman ki itilize nan aparèy ke nou itilize chak jou. Okòmansman, jiroskop yo te yon seri wou enbrike, chak nan yo ki te vire toutotou pwòp aks li yo. Jodi a, nan telefòn mobil yo, nou jwenn detèktè mikwoelektromekanik (MEMS) ki mezire chanjman nan fòs ki aji sou de mas idantik, osile ak deplase nan direksyon opoze a.

Jiroskop MEMS gen limit sansiblite enpòtan. Se konsa, li nan bilding jiroskop optik, ki pa gen okenn pati k ap deplase, pou travay yo menm ki itilize yon fenomèn rele Sagnac efè. Sepandan, jiska kounye a te gen yon pwoblèm nan miniaturization yo. Jiroskop optik ki pi piti pèfòmans segondè ki disponib yo pi gwo pase yon boul ping pong epi yo pa apwopriye pou anpil aplikasyon pòtab. Sepandan, enjenyè nan Caltech University of Technology, ki te dirije pa Ali Hadjimiri, te devlope yon nouvo jiroskop optik ki senksan fwa mwenssa ki konnen jiskaprezan4). Li amelyore sansiblite li grasa itilizasyon yon nouvo teknik ki rele "ranfòsman mityèl» Ant de travès limyè ki itilize nan yon entèferomètr Sagnac tipik. Nouvo aparèy la te dekri nan yon atik ki te pibliye nan Nature Photonics mwa novanm pase a.

4. Jiroskop optik devlope pa Ali Hadjimiri ak kòlèg li yo. 

Devlopman yon jiroskop optik egzat ka amelyore anpil oryantasyon smartphones. Nan vire, li te konstwi pa syantis nan Columbia Jeni. premye lantiy plat ki kapab byen konsantre yon pakèt koulè nan menm pwen an san yo pa bezwen eleman adisyonèl ka afekte kapasite yo fotografi nan ekipman mobil. Lantiy plat revolisyonè micron-mens siyifikativman pi mens pase yon fèy papye epi li bay pèfòmans ki konparab ak lantiy konpoze prim. Konklizyon gwoup la, ki te dirije pa Nanfang Yu, yon pwofesè asistan nan fizik aplike, yo prezante nan yon etid pibliye nan jounal la Nature.

Syantis yo te konstwi lantiy plat soti nan "metaatom". Chak metaatom se yon fraksyon nan longèdonn limyè nan gwosè ak reta vag limyè nan yon kantite diferan. Lè yo bati yon kouch plat trè mens nan nanostruktur sou yon substra epè tankou yon cheve imen, syantis yo te kapab reyalize fonksyonalite a menm jan ak yon sistèm lantiy konvansyonèl pi epè ak pi lou. Metalenses ka ranplase sistèm lantiy ki ankonbran nan menm fason an ke televizyon ekran plat te ranplase televizyon CRT.

Poukisa yon gwo kolizyon lè gen lòt fason

Fizik ti etap yo ka gen diferan siyifikasyon ak siyifikasyon tou. Pa egzanp - olye ke bati estrikti ki gen anpil gwo kalite epi mande menm pi gwo, menm jan anpil fizisyen fè, yon moun ka eseye jwenn repons pou gwo kesyon ak zouti ki pi modès.

Pifò akseleratè akselere travès patikil pa jenere jaden elektrik ak mayetik. Sepandan, pou kèk tan li te fè eksperyans ak yon teknik diferan - akseleratè plasma, akselerasyon patikil chaje tankou elektwon, positron ak iyon lè l sèvi avèk yon jaden elektrik konbine avèk yon vag ki pwodui nan yon plasma elèktron. Dènyèman mwen te travay sou nouvo vèsyon yo. Ekip AWAKE nan CERN sèvi ak pwoton (pa elektwon) pou kreye yon vag plasma. Chanje nan pwoton ka mennen patikil nan pi wo nivo enèji nan yon sèl etap akselerasyon. Lòt fòm akselerasyon plasma awakening jaden mande plizyè etap pou rive nan menm nivo enèji. Syantis yo kwè teknoloji ki baze sou pwoton yo ta ka pèmèt nou bati akseleratè ki pi piti, pi bon mache ak pi pwisan nan lavni.

5. De-etap Miniature akseleratè soti nan DESY - vizyalizasyon

Nan vire, syantis ki soti nan DESY (kout pou Deutsches Elektronen-Synchrotron - Alman synchrotron elektwonik) mete yon nouvo dosye nan jaden an nan miniaturizasyon nan akseleratè patikil an Jiyè. Akseleratè terahertz la plis pase double enèji elektwon ki enjekte yo (5). An menm tan an, konfigirasyon an siyifikativman amelyore kalite gwo bout bwa a elèktron konpare ak eksperyans anvan ak teknik sa a.

Franz Kärtner, chèf gwoup optik ultrarapid ak radyografi nan DESY, eksplike nan yon lage laprès. -

Aparèy ki asosye a te pwodwi yon jaden akselere ak yon maksimòm entansite 200 milyon vòlt pou chak mèt (MV/m) - menm jan ak pi pwisan akseleratè modèn konvansyonèl la.

Nan vire, yon nouvo, relativman ti detektè ALPHA-g (6), ki te konstwi pa konpayi Kanadyen an TRIUMF ak anbake nan CERN pi bonè ane sa a, gen travay la nan mezire akselerasyon gravitasyonèl antimatyè. Èske antimatyè akselere nan prezans yon jaden gravitasyonèl sou sifas Latè a pa +9,8 m/s2 (desann), pa -9,8 m/s2 (moute), pa 0 m/s2 (pa gen okenn akselerasyon gravitasyonèl ditou), oswa lòt valè? Dènye posiblite a ta revolisyone fizik. Yon ti aparèy ALPHA-g kapab, anplis pwouve egzistans "anti-gravite", mennen nou sou yon chemen ki mennen nan pi gwo mistè nan linivè a.

Nan yon echèl menm pi piti, nou ap eseye etidye fenomèn nan yon nivo menm pi ba. Anwo 60 milya revolisyon pou chak segonn li ka fèt pa syantis nan Purdue University ak inivèsite Chinwa. Dapre otè yo nan eksperyans la nan yon atik ki te pibliye kèk mwa de sa nan Physical Review Letters, tankou yon kreyasyon rapidman wotasyon pral pèmèt yo pi byen konprann. sekrè .

Objè a, ki se nan menm wotasyon ekstrèm, se yon nanopartikil apeprè 170 nanomèt lajè ak 320 nanomèt longè, ki syantis yo sentèz soti nan silica. Ekip rechèch la leve yon objè nan yon vakyòm lè l sèvi avèk yon lazè, ki Lè sa a, enpulsyon li nan yon vitès fòmidab. Pwochen etap la pral fè eksperyans ak menm pi wo vitès wotasyon, ki pral pèmèt rechèch egzat nan teyori fizik debaz, ki gen ladan fòm ekzotik friksyon nan yon vakyòm. Kòm ou ka wè, ou pa bezwen bati kilomèt tiyo ak detektè jeyan pou fè fas a mistè fondamantal yo.

An 2009, syantis yo te jere yo kreye yon kalite espesyal nan twou nwa nan laboratwa a ki absòbe son. Depi lè sa a sa yo son  pwouve yo dwe itil kòm analogue laboratwa nan yon objè ki absòbe limyè. Nan yon papye ki te pibliye nan jounal Nature Jiyè sa a, chèchè nan Technion Israel Institute of Technology dekri kijan yo te kreye yon twou nwa sonic epi mezire tanperati radyasyon Hawking li yo. Mezi sa yo te nan liy ak tanperati Hawking te prevwa. Kidonk, li sanble ke li pa nesesè fè yon ekspedisyon nan yon twou nwa yo nan lòd yo eksplore li.

Ki moun ki konnen si kache nan pwojè syantifik sa yo ki sanble mwens efikas, nan efò laboratwa rigoureux ak eksperyans repete pou teste ti teyori fragmenté, se repons yo nan pi gwo kesyon yo. Istwa syans anseye ke sa ka rive.