Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Elektrony jednak się spóźniają

Recommended Posts

Niemieccy naukowcy dokonali pomiarów najmniejszego odstępu czasowego spotykanego w naturze. Przy okazji obalili założenie, jakoby elektrony były wybijane przez światło z orbit atomów bez żadnego opóźnienia.

Fotoemisja to zjawisko opisane i wyjaśnione przez Einsteina ponad 100 lat temu. Polega ono na emisji elektronów przez atom. Dochodzi do niej w momencie, gdy światło padające na atom na tyle wzbudzi elektrony, że wypadają one ze swoich orbit.

Dotychczas sądzono, że do emisji elektronów dochodzi natychmiast po uderzeniu fotonów w atom, a zatem, że pomiędzy tymi wydarzeniami nie istnieje żadna przerwa czasowa.

Uczeni z Instytutu Maksa Plancka, Uniwersytetu Technicznego w Monachium oraz Uniwersytetu Ludwika Maxymiliana w Monachium wraz z kolegami z Austrii, Grecji i Arabii Saudyjskiej postanowili sprawdzić to, co dotychczas uchodziło za pewnik.

Naukowcy wykorzystali laser działający w bliskiej podczerwieni, który wysyłał w kierunku atomów neonu impulsy trwające mniej niż 4 femtosekundy (10-15 sekundy). Jednocześnie atomy były bombardowane impulsami w dalekim ultrafiolecie trwającymi 180 attosekund (10-18 sekundy).

Dzięki takiej konfiguracji naukowcy byli w stanie precyzyjnie określić, kiedy poszczególne elektrony opuściły swoje orbity. Okazało się, że elektrony z różnych orbit, mimo że były jednocześnie wzbudzane przez fotony, nie opuszczały ich w tym samym czasie. Opóźnienie jednych względem drugich wynosiło około 20 attosekund.

Opóźnieniem tym zajęli się następnie teoretycy z Austrii i Grecji. Skomplikowane wyliczenia matematyczne potwierdziły, że ma ono miejsce, jednak wynikało z nich, że nie powinno przekraczać 5 attosekund. Eksperci wyjaśniają, że różnice pomiędzy obliczeniami a eksperymentami mogą wynikać z natury atomów neonu. W ich skład wchodzi bowiem 10 elektronów, co czyni je na tyle skomplikowanymi, że współczesne superkomputery nie radzą sobie z przeprowadzaniem precyzyjnych obliczeń.

Teoretycy spekulują, że względne opóźnienie w opuszczaniu orbit może wynikać z faktu, że elektrony nie oddziałują tylko z jądrem atomu, ale też ze sobą nawzajem. A zatem położenie jednego elektronu w stosunku do innych decyduje o tym, kiedy sąsiedzi go "uwolnią" i umożliwią opuszczenie orbity.

Share this post


Link to post
Share on other sites

To że różnego rodzaju dekoherencje/kolapsy funkcji falowej są natychmiastowe, to tylko jedna z bardzo wielu konsekwencji bezmyślnego przyjęcia na wiarę zgadniętego przez Schroedingera wzoru - bo działa.

Co ciekawe, jak na przykład przyjrzymy się stacjonarnej gęstości prawdopodobieństwa na powierzchni zdefektowanej sieci półprzewodnika

http://physicsworld.com/cws/article/news/41659

to nie jest to już zwykła dyfuzja, tylko mimo makroskopowości próbki - raczej kwantowy stan podstawowy takiej sieci jak byśmy oczekiwali z QM ... która mówi że pojedyńczy elektron (kwant ładunku) jest rozmyty po całej próbce ... i jednak niewiele mówi o przepływie prądu na tym rysunku ...

 

Ale okazuje się że zwykłe błądzenie przypadkowe (Generic Random Walk) które prowadzi do zwykłej dyfuzji tylko udaje że robi to co matematyka oczekuje od modeli termodynamicznych - jak maksymalizowanie entropii.

Jak zrobimy to porządnie (Maximal Entropy Random Walk), dostajemy dokładnie to co oczekiwalibyśmy: stacjonarna gęstość prawdopodobieństwa to kwadrat współrzędnych dominującego wektora własnego Hamiltonianu - czyli że jeśli nie jesteśmy w stanie śledzić układu, powinniśmy założyć (trwający pewien czas) kolaps do najniżej energetycznego stanu kwantowego - dekoherencję.

I tutaj mamy już konkretny przepływu prądu za obrazkiem z poprzedniego linku - świeży symulator:

http://demonstrations.wolfram.com/preview.html?draft/93373/000008/ElectronConductanceModelUsingMaximalEntropyRandomWalk

Share this post


Link to post
Share on other sites

To że różnego rodzaju dekoherencje/kolapsy funkcji falowej są natychmiastowe, to tylko jedna z bardzo wielu konsekwencji bezmyślnego przyjęcia na wiarę zgadniętego przez Schroedingera wzoru - bo działa.

Co ciekawe, jak na przykład przyjrzymy się stacjonarnej gęstości prawdopodobieństwa na powierzchni zdefektowanej sieci półprzewodnika

http://physicsworld.com/cws/article/news/41659

to nie jest to już zwykła dyfuzja, tylko mimo makroskopowości próbki - raczej kwantowy stan podstawowy takiej sieci jak byśmy oczekiwali z QM ... która mówi że pojedyńczy elektron (kwant ładunku) jest rozmyty po całej próbce ... i jednak niewiele mówi o przepływie prądu na tym rysunku ...

 

Ale okazuje się że zwykłe błądzenie przypadkowe (Generic Random Walk) które prowadzi do zwykłej dyfuzji tylko udaje że robi to co matematyka oczekuje od modeli termodynamicznych - jak maksymalizowanie entropii.

Jak zrobimy to porządnie (Maximal Entropy Random Walk), dostajemy dokładnie to co oczekiwalibyśmy: stacjonarna gęstość prawdopodobieństwa to kwadrat współrzędnych dominującego wektora własnego Hamiltonianu - czyli że jeśli nie jesteśmy w stanie śledzić układu, powinniśmy założyć (trwający pewien czas) kolaps do najniżej energetycznego stanu kwantowego - dekoherencję.

I tutaj mamy już konkretny przepływu prądu za obrazkiem z poprzedniego linku - świeży symulator:

http://demonstrations.wolfram.com/preview.html?draft/93373/000008/ElectronConductanceModelUsingMaximalEntropyRandomWalk

 

Nie zrozumiałem prawie nic, ale jest długie i sprawia wrażenie mądrego, więc dostajesz ode mnie plusa.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przed tygodniem w National Ignition Facility (NIF) uzyskano rekordowo silny impuls lasera. W ramach badań nad nowymi źródłami energii 192 lasery wysłały jednocześnie ultrafioletowe impulsy świetlne w kierunku centralnej komory, w której uzyskano 1,875 megadżula. Każdy z impulsów trwał 23 miliardowe części sekundy i w sumie wygenerowały one moc 411 biliardów watów (TW) czyli 1000 razy większą niż potrzebna jest do zasilenia całych Stanów Zjednoczonych.
      To ważny krok w kierunku rozpoczęcia fuzji. Podczas przygotowań do uruchomienia NIF dokonywaliśmy wielu podobnych prób, podczas których uruchamiany był jeden laser czy też zestawy po cztery. Tym razem jednak jednocześnie wystrzeliły 192 lasery - mówi Edward Moses, dyrektor NIF.
      Moc laserów NIF wynosi w sumie 2,03 MJ, jednak zanim promienie dosięgną centralnej komory ich moc nieco spada ona podczas przechodzenia przez instrumenty diagnostyczne i optykę. NIF jest zatem pierwszym ośrodkiem, w którym lasery ultrafioletowe osiągnęły moc 2 MJ. To niemal 100-krotnie więcej niż możliwości innych podobnych ośrodków.
      Podczas testu osiągnięto też bardzo dużą precyzję produkcji energii. Odchylenie nie przekraczało 1,3%. Precyzja jest niezwykle ważna, gdyż to rozkład energii pomiędzy poszczególnymi promieniami będzie decydował o symetrii implozji w kapsułach zawierających paliwo niezbędne do rozpoczęcia fuzji.
      National Ignition Facility pracuje w ramach Lawrence Livermore National Laboratory. O otwarciu zakładu oraz jego zadaniach informowaliśmy w 2009 roku.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Grupa naukowców położyła fundamenty pod skonstruowanie niezwykle dokładnego zegara atomowego. Zegara, który może pomylić się o 1/10 sekundy w ciągu 14 miliardów lat.
      Takie urządzenie byłoby przydatne do nawiązywania bezpiecznej łączności oraz posłużyłoby do zbadania postaw fizyki. Obecnie najdokładniejszy zegar atomowy świata - brytyjski CsF2 - może wykazać odchylenie o 1 sekundę na 138 milionów lat.
      Obecnie używane zegary atomowe są wystarczająco dokładne do większości zastosowań. Są jednak takie dziedziny, w których posiadanie dokładniejszego zegara jest bardzo pożądane - mówi profesor Alex Kuzmich z Georgia Institute of Technology. Oprócz fizyków z Georgii w pracach zespołu brali udział naukowcy z australijskiego University of New South Wales oraz University of Nevada.
      Zegary atomowe do pomiaru czasu wykorzystują drgania elektronów w atomach wywoływane przez działanie laserów. Jednak elektrony są podatne na oddziaływanie pola elektrycznego i magnetycznego, co zaburza ich dokładność. Naukowcy z USA i Australii wpadli na pomysł, by zamiast elektronów wykorzystać neutrony, które są cięższe i gęściej upakowane, zatem mniej podatne na wpływy zewnętrzne. Zegar neutronowy powinien być zatem dokładniejszy od opartego na elektronach.
      W naszym artykule pokazaliśmy, że za pomocą lasera można tak wpłynąć na orientację elektronów, że będziemy mogli wykorzystać neutrony w roli wahadła odmierzającego czas. Jako, że neutrony są gęsto upakowane, czynniki zewnętrzne nie będą miały niemal żadnego wpływu na ich drgania - mówi Corey Campbell, główny autor artykułu.
      Uczeni proponują wykorzystać petahercowy (1015) laser do wzbudzenia jonu toru 229. Taki zegar będzie pracował tylko w bardzo niskich temperaturach, rzędu ułamków kelwina. Zwykle takie temperatury uzyskuje się za pomocą lasera, jednak tutaj będzie to stanowiło problem, gdyż laser jest wykorzystywany do wzbudzenia jonów. Naukowcy zaproponowali użycie jonu toru 232 obok toru 229. Tor 232 reaguje na inną częstotliwość światła lasera niż tor 229. Cięższy jon miałby zostać schłodzony i schłodzić cały system, bez wpływania na oscylacje toru 229.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Doktor Julian Allwood i doktorant David Leal-Ayala z Univeristy of Cambridge udowodnili, że możliwe jest usunięcie toneru z papieru, który został zadrukowany przez drukarkę laserową. W procesie usuwania papier nie zostaje poważnie uszkodzony, dzięki czemu tę samą kartkę można wykorzystać nawet pięciokrotnie. Niewykluczone, że w niedalekiej przyszłości powstaną urządzenia, które będą potrafiły zarówno drukować jak i czyścić zadrukowany papier.
      „Teraz potrzebujemy kogoś, kto zbuduje prototyp. Dzięki niskoenergetycznym skanerom laserowym i drukarkom laserowym ponowne użycie papieru w biurze może być opłacalne“ - mówi Allwood.
      Niewykluczone, że nowa technika nie tylko przyniesie korzyści finansowe firmom i instytucjom, ale również przyczyni się do ochrony lasów, redukcji zużycia energii i emisji zanieczyszczeń, do których dochodzi w procesie produkcji papieru i jego pozbywania się, czy to w formie spalania, składowania czy recyklingu.
      Naukowcy, dzięki pomocy Bawarskiego Centrum Laserowego, przetestowali 10 różnych konfiguracji laserów. Zmieniano siłę impulsów i czas ich trwania, używając laserów pracujących w ultrafiolecie, podczerwieni i w paśmie widzialnym. Podczas eksperymentów pracowano ze standardowym papierem Canona pokrytym czarnym tuszem z drukarki laserowej HP. Takie materiały i sprzęt są najbardziej rozpowszechnione w biurach na całym świecie.
      Po oczyszczeniu z druku, papier był następnie analizowany przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego, który pozwalał zbadać jego kolor oraz właściwości mechaniczne i chemiczne.
      Wstępne analizy wykazały, że rozpowszechnienie się techniki oczyszczania i ponownego wykorzystywania papieru może o co najmniej połowę obniżyć emisję zanieczyszczeń związaną z produkcją i recyklingiem papieru.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      O grafenie piszemy od lat, a przed kilkunastoma miesiącami informowaliśmy o powstaniu grafanu. Teraz do rodziny dołączył trzeci jej członek - grafyn.
      Symulacje komputerowe przeprowadzone przez niemieckich uczonych wskazują na możliwość istnienia pojedynczej warstwy atomów węgla, które jednak nie muszą być ułożone w kształcie sześciokąta, a mogą przyjmować bardzo różne formy. Nowy materiał może być zatem znacznie bardziej elastyczny niż grafen.
      Jak pamiętamy, energia elektronów poruszających się w grafenie jest wprost proporcjonalna do momentu pędu. Gdy energie takich elektronów przedstawimy na trójwymiarowym wykresie otrzymamy stożek Diraca. Te unikatowe właściwości grafenu powodują, że elektrony zachowują się w nim tak, jakby nie miały masy, co pozwala im na poruszanie się z niezwykle dużą prędkością, a to może być bardzo pożądaną cechą np. w elektronice.
      Grafyn tym różni się od grafenu, który ma pojedyncze lub podwójne wiązania, iż tworzy podwójne i potrójne wiązania, a atomy węgla nie układają się heksagonalnie.
      Niemieccy uczeni, wśród nich chemik Andreas Görling z Uniwersytetu Erlangen-Nuremberg, prowadzili komputerowe symulacje trzech różnych wzorców, w jakie mogą układać się atomy węgla w grafynie i odkryli, że we wszystkich mamy do czynienia ze stożkiem Diraca. Jednak, co ważniejsze, okazało się, że jeden z badanych wzorów 6,6,12 grafyn, w którym atomy węgla charakteryzuje prostokątna symetria, przewodzi elektrony tylko w jednym kierunku. Taki materiał nie potrzebowałby domieszkowania innymi pierwiastkami, by wykazywać właściwości pożądane w elektronice.
      W przeszłości uzyskiwano już niewielkie skrawki grafynu. Teraz niemieckie badania dowiodły, że warto pracować nad tym materiałem i różnymi jego odmianami.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Specjaliści z należącego do NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), University of Maryland oraz Woods Hole Research Center stworzyli szczegółową mapę wysokości lasów. Pomoże ona zrozumieć rolę, jaką odgrywają lasy w zmianach klimatu oraz w jaki sposób ich wysokość wpływa na zamieszkujące je gatunki.
      Mapę stworzono za pomocą umieszczonego na orbicie lasera, który zbadał wysokość lasów wysyłając w ich kierunku 2,5 miliona impulsów świetlnych. Dane z odbicia światła były następnie szczegółowo analizowane i porównywane z informacjami uzyskanymi z 70 stacji naziemnych.
      Badania wykazały, że, ogólnie rzecz ujmując, wraz ze wzrostem szerokości geograficznej, spada wysokość drzew. Najwyższe rośliny znajdują się w tropikach, a im bliżej biegunów, tym są niższe. Znaczącym wyjątkiem jest roślinność Australii i Nowej Zelandii znajdująca się w okolicach 40. stopnia szerokości południowej. Rosną tam eukaliptusy, należące do najwyższych roślin na Ziemi.
      Najnowsze pomiary wykazują, że lasy na naszej planecie są wyższe, niż wcześniej szacowano. Dotyczy to w szczególności lasów w tropikach i tajgi. Niższe za to niż sądzono są lasy na obszarach górskich.
      Nasza mapa to jeden z najdokładniejszych dostępnych obecnie pomiarów wysokości lasów na Ziemi - mówi Marc Simard z JPL.
      Nawet jednak te pomiary nie są doskonałe. Na ich dokładność wpływa bowiem zarówno stopień w jakim człowiek na poszczególnych obszarach zniszczył lasy, jak i różnice w wysokości poszczególnych drzew. Dla niektórych części globu pomiary będą zatem znacznie bardziej dokładne niż dla innych.
×
×
  • Create New...