Loosst eis eisen Deel maachen a vläicht kënnt eng Revolutioun eraus

Grouss Entdeckungen, fett Theorien, wëssenschaftlech Duerchbroch. D'Medien si voll mat dëser Aart vu Formuléierung, normalerweis iwwerdriwwen. Iergendwou am Schied vun der "grousser Physik", der LHC, fundamental kosmologesche Froen, an de Kampf géint de Standard Model, haart-schaffende Fuerscher goen roueg iwwer hire Betrib, iwwer praktesch Uwendungen denken an den Ëmfang vun eisem Wëssen Schrëtt fir Schrëtt ausbaue.

"Komm mir maachen eis Saach" kéint sécherlech de Slogan vu Wëssenschaftler sinn, déi an der Entwécklung vun der Nuklearfusioun involvéiert sinn. Well trotz der grousser Äntwerten op déi grouss Froen, huet d'Léisung fir déi praktesch, anscheinend onbedeitend Problemer, déi mat dësem Prozess verbonne sinn, d'Kraaft d'Welt ze revolutionéieren.

Vläicht ass et zum Beispill méiglech, kleng Nuklearfusioun ze maachen - mat Ausrüstung, déi op en Dësch passt. Wëssenschaftler vun der University of Washington hunn den Apparat d'lescht Joer gebaut Z-Platz (1), déi fäeg ass eng Fusiounsreaktioun fir 5 Mikrosekonnen z'erhalen, obwuel déi wichtegst beandrockend Informatioun d'Miniaturiséierung vum Reaktor war, deen nëmmen 1,5 m laang ass.D'Z-Kneip funktionéiert andeems se Plasma an engem mächtege Magnéitfeld fangen an kompriméieren.

Net ganz effektiv, awer potenziell extrem wichteg Efforten fir . Fusiounsreaktoren hunn d'Fäegkeet Plasma Schwéngungen ze kontrolléieren, laut US Department of Energy (DOE) Fuerschung publizéiert am Oktober 2018 an der Zäitschrëft Physics of Plasmas. Dës Wellen drécken héich-Energie-Partikelen aus der Reaktiounszon, huelen mat hinnen e puer vun der Energie néideg fir d'Fusioun Reaktioun. Nei DOE Fuerschung beschreift sophistikéiert Computersimulatiounen déi d'Wellenbildung verfollegen a viraussoen, wat de Physiker d'Fäegkeet gëtt de Prozess ze verhënneren an d'Partikel ënner Kontroll ze halen. Wëssenschaftler hoffen datt hir Aarbecht am Bau hëlleft ITER, vläicht de bekanntste experimentellen Fusiounsreaktorprojet a Frankräich.

Och esou Leeschtungen wéi Plasma Temperatur 100 Millioune Grad Celsius, kritt Enn d'lescht Joer vun engem Team vu Wëssenschaftler am China Institute of Plasma Physics am Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), ass e Beispill vu Schrëtt fir Schrëtt Fortschrëtter Richtung effizient Fusioun. Laut Experten, déi d'Etude kommentéieren, kéint et de Schlëssel fir de genannte ITER-Projet sinn, an deem China zesumme mat 35 anere Länner deelhëllt.

Superconductors an elektronesch

En anert Gebitt mat groussem Potenzial, wou amplaz vu groussen Duerchbroch zimlech kleng, ustrengend Schrëtt sinn, ass d'Sich no Héichtemperatursuperleitungen. (2). Leider ginn et vill falsch Alarmer a virzäiteg Suergen. Typesch ginn begeeschterten Medienberichter als Iwwerdreiungen oder einfach net wouer. Och a méi sérieux Berichter gëtt et ëmmer e "awer". Wéi an engem rezente Bericht hunn d'Wëssenschaftler vun der University of Chicago d'Superleitung entdeckt, d'Fäegkeet fir Elektrizitéit ouni Verloscht bei den héchsten Temperaturen, déi jeemools opgeholl goufen, ze féieren. Mat Hëllef vun modernste Technologie am Argonne National Laboratory, huet e Team vu lokale Wëssenschaftler eng Klass vu Materialien studéiert, an där se Superleitung bei Temperaturen ëm -23 ° C observéiert hunn. Dëst ass e Sprong vu ronn 50 Grad vum virege bestätegte Rekord.

2. Superconductor an engem Magnéitfeld

De Fang ass awer datt Dir vill Drock muss ausüben. D'Materialien déi getest goufen waren Hydriden. Lanthanum Perhydrid ass besonnesch interessant fir eng Zäit. Experimenter weisen datt extrem dënn Proben vun dësem Material Superleitung ënner Drock am Beräich vun 150 bis 170 Gigapascal weisen. D'Resultater goufen am Mee am Journal Nature publizéiert, co-auteur vum Prof. Vitaly Prokopenko an Eran Grinberg.

Fir iwwer d'praktesch Uwendung vun dëse Materialien ze denken, musst Dir den Drock an och d'Temperatur erofsetzen, well souguer bis -23 ° C net ganz praktesch ass. D'Aarbechten op et representéiert typesch Baby-Schrëtt Physik, déi fir Joeren an Laboratoiren ronderëm d'Welt leeft.

Dat selwecht gëllt fir ugewandte Fuerschung. magnetesch Phänomener an der Elektronik. Méi kierzlech, mat héichempfindleche magnetesche Sonden, huet eng international Team vu Wëssenschaftler iwwerraschend Beweiser entdeckt datt de Magnetismus, deen um Interface vun dënnen Schichten vun net-magneteschen Oxid geschitt, einfach kontrolléiert ka ginn andeems se kleng mechanesch Kräfte applizéieren. Dës Entdeckung, déi am leschte Dezember an der Naturphysik ugekënnegt gouf, weist en neien an onerwaarte Wee fir de Magnetismus ze kontrolléieren, theoretesch erlaabt eis zum Beispill iwwer méi dichter magnetesch Erënnerung a Spintronik ze denken.

Dës Entdeckung schaaft eng nei Méiglechkeet fir Miniaturiséierung vu magnetesche Gedächtniszellen, déi haut schonn eng Gréisst vun e puer Zénger vun Nanometer hunn, awer hir weider Miniaturiséierung mat bekannten Technologien ass schwéier. Oxid Schnëttplazen kombinéieren eng Rei vun interessant kierperlech Phänomener, wéi zwee-zweedimensional Konduktivitéit an superconductivity. D'Kontroll vum Stroum mam Magnetismus ass e ganz villverspriechend Gebitt an der Elektronik. Material mat de gewënschten Eegeschaften ze fannen, a gläichzäiteg verfügbar a bëlleg, erlaabt eis eescht an der Entwécklung ze engagéieren spintronic.

et ass och midd Offall Hëtzt Kontroll an elektronesch. D'Ingenieuren vun der University of California, Berkeley, hunn viru kuerzem en Dënnfilmmaterial (50-100 Nanometer Filmdicke) entwéckelt, dat benotzt ka ginn fir Offallhëtzt ze recuperéieren fir Energie op engem Niveau ze generéieren, dee bis elo net an dëser Aart vun Technologie gesi gouf. Et benotzt e Prozess genannt pyroelektresch Energie Konversioun, déi nei Ingenieursfuerschung weist ass gutt gëeegent fir d'Benotzung an Hëtztquellen mat Temperaturen ënner 100 ° C. Dëst ass just dat lescht Beispill vu Fuerschung an dësem Beräich. Et ginn Honnerte oder souguer Dausende vu Fuerschungsprogrammer ronderëm d'Welt am Zesummenhang mat Energiemanagement an der Elektronik.

"Ech weess net firwat, awer et funktionnéiert"

Experimentéiere mat neie Materialien, hir Phaseniwwergäng an topologesch Phänomener ass e ganz villverspriechend Beräich vun der Fuerschung, awer net ganz effizient, schwéier a selten attraktiv fir d'Medien. Dëst ass eng vun den dacks zitéierten Studien am Beräich vun der Physik, obwuel et vill Publizitéit an de Medien krut, de sougenannte. Si gewannen normalerweis net den Mainstream.

Experimenter mat Phasetransformatiounen a Materialien produzéieren heiansdo onerwaart Resultater, z.B. Metal Schmelzen mat héije Schmelzpunkten Raumtemperatur. E Beispill ass déi rezent Erreeche vu Schmelze Goldproben, déi typesch bei 1064°C bei Raumtemperatur schmëlzen, mat engem elektresche Feld an engem Elektronenmikroskop. Dës Ännerung war reversibel well d'Ausschalten vum elektresche Feld d'Gold erëm verstäerken konnt. Sou huet sech dat elektrescht Feld mat de bekannte Faktoren ugeschloss, déi Phasentransformatiounen beaflossen, nieft Temperatur an Drock.

Phase Ännerungen goufen och ënner intensiv observéiert Laser Liichtimpulser. D'Resultater vun enger Studie vun dësem Phänomen goufen am Summer 2019 an der Zäitschrëft Nature Physics publizéiert. Déi international Equipe fir dëst z'erreechen gouf vum Nuh Gedik (3), Professer fir Physik um Massachusetts Institute of Technology. D'Wëssenschaftler hunn entdeckt datt während der optesch induzéierter Schmelz de Phaseniwwergang duerch d'Bildung vun Singularitéiten am Material geschitt, bekannt als topologesch Defekter, déi am Tour déi resultéierend Elektronen- a Gitterdynamik am Material beaflossen. Dës topologesch Mängel, erkläert de Gedik a senger Publikatioun, sinn analog zu de klenge Wirbelen, déi a Flëssegkeete wéi Waasser optrieden.

Fir hir Fuerschung hunn d'Wëssenschaftler d'Verbindung vu Lanthan a Tellur LaTe benotzt.₃. De nächste Schrëtt, erklären d'Fuerscher, ass ze probéieren ze bestëmmen wéi se "dës Mängel op eng kontrolléiert Manéier generéiere kënnen." Dëst kéint potenziell fir Datelagerung benotzt ginn, wou Liichtimpulse benotzt gi fir Mängel am System opzehuelen oder ze reparéieren, entspriechend Operatiounen op den Daten.

A wa mir iwwer d'Thema vun ultraschnell Laserimpulse sinn, ass hir Notzung a villen interessanten Experimenter a potenziell verspriechend Uwendungen an der Praxis en Thema dat dacks a wëssenschaftleche Berichter erschéngt. Zum Beispill huet d'Team vum Ignacio Franco, Assistent Professer fir Chimie a Physik op der University of Rochester, viru kuerzem gewisen wéi ultraschnell Laserimpulse kënne benotzt ginn verzerrend Eegeschafte vun der Matière Oraz Generatioun vun elektresche Stroum mat enger Geschwindegkeet déi all Technologie bis elo bekannt ass. D'Fuerscher hunn dënn Glasfässer fir eng Dauer vun engem Milliardstel vun enger Milliardstel Sekonn behandelt. An engem Moment ass d'Glasmaterial an eppes ähnlech wéi Metall ëmgewandelt, dat Elektrizitéit féiert. Dëst ass méi séier geschitt wéi an all bekannte System an der Verontreiung vun ugewandter Spannung. D'Richtung vum Stroum an d'Intensitéit vum Stroum kann kontrolléiert ginn andeems d'Eegeschafte vum Laserstrahl geännert ginn. A well se kontrolléiert ka ginn, kuckt all Elektronikingenieur et mat Interesse.

- erkläert de Franco an enger Publikatioun an Nature Communications.

Déi kierperlech Natur vun dëse Phänomener ass net voll verstanen. De Franco selwer de Verdacht, datt Mechanismen wéi Stark Effekt, d.h. d'Korrelatioun vun der Emissioun oder der Absorptioun vu Liichtquanten mam elektresche Feld. Wann et méiglech wier elektronesch Systemer op Basis vun dëse Phänomener ze bauen, hu mir eng aner Episod vun enger Ingenieursserie mam Numm "Mir wëssen net firwat, awer et funktionnéiert."

Sensibilitéit a kleng Gréisst

Gyroskopen sinn Apparater déi Gefierer, Dronen, an elektronesch Utilities a portable Geräter hëllefen an dreidimensionalen Raum ze navigéieren. Si ginn elo wäit an den Apparater benotzt déi mir all Dag benotzen. Am Ufank ware Gyroskope Sätz vu Rieder, déi anenee nestéiert waren, déi all ëm seng eegen Achs gedréint hunn. Haut an Handyen fanne mir microelectromechanical Sensoren (MEMS), déi Ännerungen am Kräften Moossnam, déi op zwou identesch Massen handelen, oszilléieren an an déi entgéintgesate Richtung beweegen.

MEMS Gyroskope hunn bedeitend Sensibilitéitsbeschränkungen. Also et baut optesch Gyroskope, ouni Plënneren Deeler, fir déi selwecht Aufgaben, datt e Phänomen benotzen genannt Sagnac Effekt. Allerdéngs war et bis elo e Problem vun hirer Miniaturiséierung. Déi klengst verfügbar High-Performance optesch Gyroskope si méi grouss wéi e Ping-Pong Ball a si net gëeegent fir vill portabel Uwendungen. Wéi och ëmmer, Caltech Ingenieuren gefouert vum Ali Hadjimiri hunn en neien opteschen Gyroskop entwéckelt deen fënnefhonnert mol mannerwat bis elo bekannt ass (4). Hien verbessert seng Empfindlechkeet duerch d'Benotzung vun enger neier Technik genannt "géigesäitege Verstäerkung» Tëscht zwee Liichtstrahlen wéi an engem typesche Sagnac Interferometer benotzt. Den neien Apparat gouf beschriwwen an engem Pabeier publizéiert an Nature Photonics am leschte November.

4. Optesch Gyroskop entwéckelt vum Ali Hadjimiri a senge Kollegen. 

En präzis opteschen Gyroskop z'entwéckelen kéint d'Orientéierung vu Smartphones wesentlech verbesseren. Am Tour gouf et vu Wëssenschaftler vu Columbia Engineering gebaut. éischt flaach Lens kapabel fir eng breet Palette vu Faarwen am selwechte Punkt korrekt ze fokusséieren ouni zousätzlech Elementer ze benotzen, kann d'fotografesch Fäegkeeten vun mobilen Ausrüstung beaflossen. Déi revolutionär mikron-dënn flaach Lens ass wesentlech méi dënn wéi e Blat Pabeier a liwwert Leeschtung vergläichbar mat Premium Composite Lënsen. D'Resultater vum Team, gefouert vum Nanfang Yu, Assistent Professer fir ugewandte Physik, ginn an enger Studie publizéiert an der Zäitschrëft Nature presentéiert.

Wëssenschaftler hunn flaach Lënse gebaut aus "metaatoms". All Meta-Atom representéiert eng Fraktioun vun enger Wellelängt vum Liicht an der Gréisst a verspéit d'Liichtwellen mat engem anere Betrag. Andeems se eng ganz dënn, flaach Schicht vun Nanostrukturen op engem Substrat esou dënn wéi e mënschlecht Hoer bauen, konnten d'Wëssenschaftler déiselwecht Funktionalitéit erreechen wéi e vill méi décke a méi schwéier konventionell Lënsesystem. Metallenses kënnen voluminös Lenssystemer ersetzen op déiselwecht Manéier wéi Flatscreen Fernseher ersat Kathodestrahlröhre Fernseher.

Firwat e grousse Collider wann et aner Weeër ginn

D'Physik vu klenge Schrëtt kann och verschidde Bedeitungen a Bedeitunge hunn. Zum Beispill - Amplaz monstréis grouss Typstrukturen ze bauen an nach méi grouss ze fuerderen, wéi vill Physiker et maachen, kann ee probéieren Äntwerten op grouss Froen mat méi bescheidenen Tools ze fannen.

Déi meescht Beschleuniger beschleunegen d'Strahlen vu Partikelen andeems se elektresch a magnetesch Felder kreéieren. Wéi och ëmmer, fir eng Zäit huet hien mat enger anerer Technik experimentéiert - Plasma Beschleuniger, d'Beschleunegung vu geluedenen Partikelen wéi Elektronen, Positronen an Ionen mat engem elektresche Feld kombinéiert mat enger Welle, déi an engem Elektronenplasma generéiert gëtt. Zënter kuerzem hunn ech un enger neier Versioun vun hinnen geschafft. D'AWAKE Team bei CERN benotzt Protonen (anstatt Elektronen) fir eng Plasmawelle ze kreéieren. De Wiessel op Protonen kann Partikelen op méi héich Energieniveauen an engem eenzege Beschleunigungsschrëtt bewegen. Aner Forme vu Plasma-Erwächenfeldbeschleunigung erfuerderen verschidde Schrëtt fir deeselwechten Energieniveau z'erreechen. D'Wëssenschaftler gleewen datt hir Proton-baséiert Technologie eis erméigleche kéint méi kleng, méi bëlleg a méi mächteg Beschleuniger an Zukunft ze bauen.

5. Zwee-Etapp Miniaturbeschleuniger vun DESY - Visualiséierung

Am Tour hunn d'Wëssenschaftler vum DESY (Kuerzaarbecht fir Deutsches Elektronen-Synchrotron - Däitsch Elektronen Synchrotron) am Juli en neie Rekord am Beräich vun der Miniaturiséierung vu Partikelbeschleuniger opgestallt. E Beschleuniger, deen op Terahertzwellen funktionnéiert huet méi wéi verduebelt d'Energie vun injizéierten Elektronen (5). Zur selwechter Zäit huet d'Installatioun d'Qualitéit vum Elektronenstrahl wesentlech verbessert am Verglach zu virdrun Experimenter mat dëser Technik.

- erkläert de Franz Kärtner, dee Chef vun der Ultrafast Optics and X-ray Group bei DESY, an enger Pressematdeelung. -

Den assoziéierten Apparat generéiert e Beschleunigungsfeld mat enger maximaler Intensitéit vun 200 Millioune Volt pro Meter (MV / m) - ähnlech wéi déi lescht High-Power konventionell Beschleuniger.

Am Tour, déi nei, relativ kleng Detektor ALPHA-g (6), gebaut an der kanadescher TRIUMF Ariichtung a fréier dëst Joer op CERN geschéckt, huet d'Missioun moosst d'Gravitatiounsbeschleunegung vun der Antimaterie. Beschleunegt d'Antimaterie a Präsenz vun engem Gravitatiounsfeld op der Äerduewerfläch ëm +9,8 m/s2 (no ënnen), -9,8 m/s2 (op), 0 m/s2 (guer keng Gravitatiounsbeschleunegung), oder en anere Wäert? Déi lescht Méiglechkeet géif d'Physik revolutionéieren. De klenge ALPHA-g Apparat kann, nieft dem Beweis vun der Existenz vun "Antigravity", eis op de Wee féieren, deen zu de gréisste Geheimnisser vum Universum féiert.

Op enger nach méi klenger Skala probéieren mir nach méi nidderegen Niveau Phänomener ze studéieren. uewen 60 Milliarden Ëmdréiungen pro Sekonn et ka vu Wëssenschaftler vun der Purdue Universitéit a Chinesesch Universitéite konstruéiert ginn. No den Auteuren vum Experiment an engem Pabeier publizéiert virun e puer Méint a Physical Review Letters, sou eng séier rotéierend Kreatioun erlaabt hinnen besser ze verstoen Geheimnisse .

Den Objet, deen déiselwecht extrem Rotatioun ënnerwee ass, ass en Nanopartikel vun ongeféier 170 Nanometer breet an 320 Nanometer laang, deen d'Wëssenschaftler aus Silica synthetiséiert hunn. D'Fuerschungsteam huet en Objet an engem Vakuum mat engem Laser levitéiert, deen et dann an eng Spinngeschwindegkeet gedréint huet. De nächste Schrëtt ass Experimenter mat nach méi héije Rotatiounsgeschwindegkeeten ze maachen, wat präzis Studien vu grondleeënd physikaleschen Theorien erlaben, och exotesch Forme vu Reibung an engem Vakuum. Wéi Dir gesitt, braucht Dir keng Meilen vu Päifen a rieseg Detektoren ze bauen fir fundamental Geheimnisser ze konfrontéieren.

Am Joer 2009 hunn d'Wëssenschaftler et fäerdeg bruecht eng speziell Aart vu schwaarze Lach am Laboratoire ze kreéieren deen Toun absorbéiert. Zënterhier sinn dës e Sound  hunn bewisen nëtzlech als Labo Analoga vun engem Liicht-absorbéierend Objet. An engem Pabeier publizéiert am Journal Nature am Juli, Fuerscher vum Technion-Israel Institute of Technology beschreiwen wéi se e sonescht schwaarzt Lach erstallt hunn a seng Hawking Stralungstemperatur gemooss hunn. Dës Miessunge passen der Temperatur virausgesot vum Hawking. Also et schéngt, datt Dir net eng Expeditioun an e schwaarzt Lach muss maachen fir et z'erklären.

Wien weess, verstoppt an dësen anscheinend manner efficace wëssenschaftleche Projeten, an ustrengenden Labo Efforten an widderholl Experimenter kleng, fragmentaresch Theorien ze Test, sinn d'Äntwerten op déi gréisste Froen. D'Geschicht vun der Wëssenschaft léiert datt dëst ka geschéien.