Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Naukowcy będą mogli studiować pod mikroskopem właściwości supergęstych gwiazd neutronowych, materii z momentu Wielkiego Wybuchu, czy weryfikować założenia teorii strun oraz projektować nadprzewodniki. A to wszystko dzięki zimnemu gazowi Fermiego.

Gaz Fermiego to model, tzw. idealny gaz kwantowy, nazywany czasem szóstym stanem materii. John Thomas, fizyk z Duke University, wcielił ten koncept w życie, schładzając atomy litu-6 do temperatury bliskiej zeru absolutnemu (milionowe i miliardowe części Kelvina) i chwytając je w pułapkę - milimetrowej wielkości miseczkę stworzoną przez promienie lasera. Taka próbka, poddana dodatkowo działaniu odpowiednio dobranego pola magnetycznego zyskuje wyjątkowe właściwości, wśród nich niemal całkowity brak oporu podczas przepływu. To zjawisko podobne do nadciekłości, a dzieje się tak, ponieważ atomy gazu Fermiego oddziałują ze sobą tak silnie, jak tylko to możliwe.

Eksperyment ma na celu zbadanie lepkości takiego gazu. Gaz Fermiego zachowuje się w różny sposób, w zależności od temperatury. Uwalniając schłodzone do miliardowych części Kelvina atomy z laserowej pułapki i chwytając ponownie wywołuje się ich drgania, które upodabniają próbkę do trzęsącej się galaretki. Mierząc oscylacje, można określić dokładnie lepkość próbki. W nieco wyższych temperaturach, rzędu milionowych części Kelvina, uwalniany gaz zmienia kształt z „cygara" na „naleśnik", z szybkością również zależną od temperatury. W tak niskich temperaturach właściwości gazu zależą od najmniejszej naturalnej podziałki, czy „linijki" - odległości pomiędzy atomami. Rozmiar ten określa skalę dla energii, temperatury, czy lepkości właśnie.

Taki egzotyczny stan materii występuje w naturze, ale nie sposób go tam badać. Na przykład gwiazdy neutronowe, poza tym, że nieosiągalne, są tak gęste, że najmniejszy okruch ważyłby setki lub tysiące ton. Interesującego kosmologów stanu materii w kilka mikrosekund po Wielkim Wybuchu (plazma kwarkowo-gluonowa) również nie da się bezpośrednio badać. Stworzenie w laboratorium skalowalnego modelu niektórych właściwości tych stanów pozwoli na weryfikację różnych hipotez i założeń. Po przeprowadzeniu odpowiednich wyliczeń dla niskich temperatur będzie można ocenić również niektóre założenia teorii strun. W zastosowaniach bardziej praktycznych, płynność doskonała, jaką uzyskuje stworzony gaz Fermiego, pozwoli badać oczekiwane właściwości wysokotemperaturowych nadprzewodników.

O swoim eksperymencie opowiada sam John Thomas:

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

schładzając atomy litu-6 do temperatury bliskiej zeru absolutnemu (milionowe i miliardowe części Kelvina) i chwytając je w pułapkę - milimetrowej wielkości miseczkę stworzoną przez promienie lasera

 

Zastanawia mnie zawsze użycie laserów i praca w temperaturze zera bezwzględnego - czy nie dochodzi tutaj do pobudzania atomów?

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
      Kanadyjsko-amerykański zespół badawczy znalazł dowody wskazujące, że materiał znajdujący się pod powierzchnią gwiazd neutronowych może być najtwardszym materiałem we wszechświecie. M. E. Caplan, A. S. Schneider i C. J. Horowitz opisali na łamach Physical Review Letters swoje symulacje i uzyskane wyniki.
      Nie od dzisiaj wiadomo, że gwiazdy neutornowe charakteryzują się wyjątkowo duża gęstością. Wcześniejsze badania sugerowały, że w związku z tym, powierzchnia gwiazd neutronowych jest niezwykle wytrzymała. Teraz Caplan, Schneider i Horowitz twierdzą, że materiał położony bezpośrednio pod powierzchnią jest jeszcze twardszy niż ona sama.
      Astrofizycy teoretyzują, że w gwiazdach neutronowych gęsto upakowane neutrony tworzą pod powierzchnią najróżniejsze kształty. Wiele z nich nazwano „makaronem”. Teraz uczeni postanowili sprawdzić, czy materiał ten może być bardziej gęsty i twardy niż powierzchnia gwiazdy.
      Przeprowadzili liczne symulacje, które wykazały, że mamy tam do czynienia z najtwardszym materiałem we wszechświecie. Jest on 10 miliardów razy twardszy od stali. To jednak nie wszystko. Symulacje te dowodzą też, że gwiazdy neutronowe, poprzez swoje silne pole grawitacyjne, mogą zaburzać czasoprzestrzeń. A zaburzenia te są skutkiem nieregularnego charakteru „makaronu” wewnątrz gwiazd. Niewykluczone, że w przyszłości zaobserwujemy fale grawitacyjne wywoływane tymi zaburzeniami.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na Duke University stworzono prototyp diody termicznej, który zachowuje zalety takich urządzeń, a jednocześnie nie ma ich wad. Może stać się ona podstawą do stworzenia technologii, które znacznie udoskonalą zarówno ogniwa słoneczne jak i laptopy.
      Dioda termiczna to urządzenie, które przewodzi ciepło tylko w jedną stronę. Pozwala zatem np. na odprowadzenie ciepła z danego kierunku i jednocześnie działa jak izolator, uniemożliwiając powrót energii cieplnej.
      Dioty termiczne są produkowane z ciał stałych, jednak najbardziej efektywne są diody, które działają dzięki zjawisku zmiany fazy, polegające na parowaniu i skraplaniu. Diody zmiennofazowe odprowadzają nawet 100-krotnie więcej ciepła niż diody z ciał stałych. Jednak mają dwa poważne ograniczenia, które powodują, iż nie nadają się do wszystkich zastosowań. Po pierwsze, ich działanie zależy od grawitacji, po drugie zaś - muszą mieć kształt tuby. To wyklucza użycie zmiennofazowych diod np. w elektronice przenośnej, gdyż powinny tam działać niezależnie od orientacji urządzenia. Nie nadają się też np. do stosowania z panelami słonecznymi, ponieważ tam przydałyby się diody o dużych powierzchniach.
      Profesor Chuan-Hua Chen z Duke University i jego zespół postanowili wykorzystać krople wody, które odskakują z powierzchni superhydrofobowych i przemieszczają się w stronę powierzchni superhydrofilowych. Przed kilkunastoma miesiącami to właśnie Chen jako pierwszy sfilmował zachowanie kropli wody na powierzchniach superhydrofobowych. Okazało się, że krople dosłownie odskakują z takich powierzchni.
      Naukowcy przeprowadzili obecnie eksperyment, w ramach którego naprzeciwko materiału superhydrofobowego umieścili materiał superhydrofilowy.
      Gdy powierzchnia superhydrofobowa jest chłodniejsza od superhydrofilowej zachodzi bardzo efektywny proces transportu ciepła, przypominający pocenie się, które odbiera ciepło z organizmu. Natomiast gdy materiał superhydrofobowy jest cieplejszy, transport ciepła zostaje zablokowany, a całość zachowuje się jak okno z dwiema szybami. Jako, że skaczące kropelki są niezwykle małe, wpływ grawitacji na nie jest pomijalny. A to oznacza, że urządzenia korzystające z takiej diody mogą być zorientowane w dowolnym kierunku - mówi Chen. Co więcej, taką diodę można łatwo skalować, zatem można będzie budować zarówno diody do chłodzenia smartfonów, jak i takie, które trafią na dachy budynków.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      NASA poinformowała, że odkryty w Boże Narodzenie ubiegłego roku niezwykły rozbłysk gamma został spowodowany albo eksplozją oddalonej o miliardy lat supernowej nieznanego typu, albo też niezwykłą kolizją w naszej własnej galaktyce.
      Agencja opublikowała właśnie dokument, opisujący obydwa możliwe wydarzenia.
       
      Rozbłyski gamma to najpotężniejsze eksplozje we wszechświecie. W ciągu kilku sekund rozbłysk emituje więcej energii niż nasze Słońce wyprodukuje w czasie całego swojego życia.
       
      „Rozbłysk bożonarodzeniowy" czyli GRB 101225A został odkryty w gwiazdozbiorze Andromedy przez Swift's Burst Alert Telescope. Ttrwał on co najmniej 28 minut, czyli niezwykle długo jak na tego typu wydarzenie. Obserwacje pozostałej po nim poświaty nie pozwoliły na dokładne określenie odległości miejsca eksplozji od Ziemi.
       
      Naukowcy pracujący pod kierunkiem Christiny Thoene z Instituto de Astrofísica de Andalucía wysunęli teorię na temat przyczyn wybuchu. Ich zdaniem mogło do niego dojść w egzotycznym układzie podwójnym, gdzie gwiazda neutronowa obiegała zwykłą gwiazdę, która weszła w etap czerwonego olbrzyma, gwałtownie zwiększając swoją objętość. Gwiazda neutronowa znalazła się wewnątrz olbrzyma i w ciągu kilkunastu miesięcy została wchłonięta przez jego jądro. To przyczyniło się do powstania czarnej dziury i pojawienia się dwóch przeciwbieżnych strumieni cząstek poruszających się niemal z prędkością światła. Powstała też niewielka supernowa. Strumienie wyemitowały promienie gamma, które zaobserwowaliśmy jako rozbłysk.
       
      Naukowcy obliczyli, że jeśli takie zdarzenie miało miejsce, to doszło do niego w odległości 5,5 miliarda lat świetlnych od Ziemi. W pobliżu zaobserwowano też obiekt, który może być słabo świecącą galaktyką.
       
      Jednak zdaniem Serio Campany z Osservatorio Astronomico di Brera, powyższa interpretacja nie jest jedyną możliwą. Jeśli zaobserwowany obiekt rzeczywiście jest galaktyką, dowiedziona zostanie teoria o systemie podwójnym. Jeśli jednak odkryty zostanie pulsar, teoria Thoene nie utrzyma się.
       
      Campana i jego zespół zaproponowali inne możliwe rozwiązanie. Ich zdaniem duży podobny do komety obiekt został zniszczony przez siły pływowe, a jego resztki uderzyły w gwiazdę neutronową znajdującą się w odległości zaledwie 10 000 lat świetlnych od Ziemi. W tym scenariuszu zakłada się, że obiekt, który uległ zniszczeniu, musiał mieć masę równą połowie masy planety karłowatej Ceres. Gdy jego szczątki uderzyły w gwiazdę, doszło do rozbłysku gamma.
       
      Należący do NASA Swift's Burst Alert Telescope został wystrzelony w 2004 roku. Urządzenie znacznie zwiększyło naszą wiedzę o rozbłyskach gamma. Jak pokazuje niezwykły GRB 101225A w tej materii wciąż jest bardzo wiele do odkrycia.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dwaj profesorowie z Izraela, Ehud Nakar i Tsvi Piran, opisują z najnowszym numerze Nature wyniki swoich symulacji dotyczących kolizji gwiazd neutronowych. Zdaniem uczonych, zderzenie takich gwiazd powoduje pojawienie się cząsteczek poruszających się z prędkością od 0,1 do 0,5 prędkości światła. Ponadto, co bardziej interesujące, podczas kolizji powinny powstać mierzalne fale grawitacyjne.
      Istnienie fal grawitacyjnych przewidział Einstein w swojej ogólnej teorii względności. Fale takie mają być wynikiem zaginania czasoprzestrzeni. Jednak dotychczas nie udało się potwierdzić ich istnienia. Problem w tym, że, podobnie jak fale na wodzie, zanikają one w miarę oddalania się od miejsca narodzin. Zanim więc dotrą do Ziemi mogą być na tyle słabe, że nasze instrumenty ich nie rejestrują. Ponadto mogą one istnieć przez krótki czas.
      Nakar i Piran dowodzą jednak, że fale grawitacyjne mogą wędrować w przestrzeni kosmicznej całymi miesiącami.
      Obecnie w USA i Holandii powstają, niezależnie, dwa teleskopy, których celem będzie poszukiwanie fal grawitacyjnych.
      Izraelscy uczeni mówią jednak, że już dysponują dowodem na potwierdzenie swojej teorii. Twierdzą, że odkryte przez Jeffreya Bowera nieregularne radioźródło RT 19870422 ma wszystkie właściwości źródła fal grawitacyjnych, na jakie wskazuje przeprowadzona symulacja. Niestety, znajduje się ono zbyt daleko, by zarejestrować same fale.
      Dlatego też, zdaniem Izraelczyków, poszukując w przyszłości fal grawitacyjnych, będziemy musieli szukać nieodległych systemów gwiazd neutronowych.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Teleskop Chandra X-ray Obserwatory zdobył pierwszy bezpośredni dowód na istnienie materii w stanie nadciekłym w jądrze gwiazd neutronowych. Nadciekłość to niezwykły stan uzyskiwany w laboratoriach, gdzie zaobserwowano, że znajdująca się w nim materia samodzielnie podąża w górę i jest w stanie wydobyć się ze szczelnie zamkniętego pojemnika.
      Gwiazdy neutronowe zawierają najbardziej gęstą znaną nam materię. Jej centymetr sześcienny waży miliardy ton.
      Dwa niezależne zespoły badały znajdującą się 11 000 lat świetlnych od Ziemi Kasjopeę A. To supernowa pozostałość po gwieździe, której eksplozję można było obserwować z Ziemi przed około 330 laty. Uczeni, dzięki teleskopowi Chandra zauważyli gwałtowny spadek temperatury supernowej. Ochłodziła się ona o około 4% w ciągu ostatnich 10 lat,
      Taki spadek temperatury, chociaż wydaje się niewielki, jest w rzeczywistości zjawiskiem bardzo dramatycznym i niespodziewanym. To oznacza, że coś się dzieje z gwiazdą - mówi Dany Page z Universidad Nacional Autonoma w Meksyku. Uczeni uważają, że przyczyną zmian jest fakt, że protony tworzące jądro gwiazdy znajdują się w stanie nadciekłym.
      Szybkie ochładzanie się Kasjopei A, zaobserwowane dzięki Chandrze, to pierwszy bezpośredni dowód, że jądra gwiazd neutronowych są zbudowane z nadprzewodzącej materii w stanie nadciekłym - stwierdził Piotr Szternin z Instytutu Joffego w Sankt Petersburgu.
      Oba zespoły wykazały, że nadciekłe jądro uformowało się w ciągu ostatnich 100 lat (obserwowanych w Ziemi) i to jego istnienie prowadzi do szybkiego spadku temperatury.
      W ziemskich laboratoriach nadciekłą materię uzyskuje się w temperaturach bliskich zeru absolutnemu. Jednak we wnętrzach gwiazd neutronowych temperatura jest bliska miliardowi stopni Celsjusza. Dowiedzieliśmy się tego zresztą właśnie dzięki odkryciu w ich jądrach nadciekłej materii. Dotychczas naukowcy nie byli pewni tych temperatur. Teraz można stwierdzić, że wynoszą one od 500 milionów do niemal miliarda stopni.
×
×
  • Create New...