Wie würde er das tun? Physiker Demos Quantum Levitation

Ein winziger Cube schweben und spiegeln in Luft klingt wie etwas direkt aus "Harry Potter", aber Harvard Physiker Subir Sachdev braucht keine Magie, um Objekte zu schweben.

Sachdev durchgeführt eine Levitation-Demonstration mit einem Magneten und einem Supraleiter während einer Präsentation am Perimeter Institute am 1. Oktober. Supraleiter sind unglaubliche Materialien, die Strom ohne Widerstand leiten können. Aber um die Supraleitung zu generieren, muss das Material extrem kalt sein, und so gegossen Sachdev Flüssigstickstoff, die über minus 320 Grad Fahrenheit (minus 195 ° c) auf den Supraleiter in den supraleitenden Zustand auslösen.

"Eine der wichtigsten Eigenschaften von Supraleitern ist, dass es Magnetfelder hasst", sagte Sachdev während seiner Levitation-Demonstration. Und so wie der Supraleiter "" den Magnet abstößt ist der magnetischen Würfel in die Luft gehoben. Der Magnet fällt nach der Supraleiter beginnt, um sich wieder aufzuwärmen.

Aber nicht von Supraleitern nur für Levitation Demonstrationen Sachdev sagte. [Die coolen Physik 7 klassische Spielzeug]

"Die Hoffnung ist, dass diese Materialien tatsächlich für etwas nützlich sein werden", sagte Sachdev.

Supraleitende Materialien müssen weiterhin ihre supraleitenden Zustand extrem kalt sein, und Physiker sind auf der Suche nach Materialien, die als Hochtemperatur-Supraleiter dienen könnte.

Hochtemperatur-Supraleiter könnte eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich in MRI Maschinen, Motoren, Generatoren, Fusionsreaktoren und verlustarme Kabel haben.

Quantenmechanik 101

Physiker sind noch nicht ganz sicher, was seine magiclike Eigenschaften einem Supraleiters gibt und warum Supraleitung nicht oberhalb einer bestimmten Temperatur funktioniert, aber Sachdev sagte, dass er denkt, er ist ziemlich nah an die Antwort.

Aber um zu verstehen wie ein Supraleiter funktioniert, "Du musst wissen, einige Grundlagen der Quantenmechanik," Sachdev sagte nach seiner Demonstration der Levitation. Die Grundidee der Quantenmechanik ist, dass ein Objekt wie ein Elektron oder ein Photon verhält sich wie ein Teilchen und Welle, sagte Sachdev.

"Das ist einer der wichtigsten geheimnisvollen Eigenschaften der Quantenmechanik," sagte Sachdev.

Die andere seltsame Besonderheit Quantenteilchen ist, dass sie an mehreren Orten gleichzeitig, ein Phänomen namens Überlagerung existieren können. Aber Überlagerung ist heikel. Der Moment, den Wissenschaftler versuchen, die Partikel messen den Überlagerungszustand zusammenbricht und die Partikel kommen an nur einer Stelle vorhanden sein. Bevor die Partikel sind gestört, sie in mehreren Orten gleichzeitig existieren und "Ja, Sie nur, es zu akzeptieren müssen", scherzte Sachdev während seines Vortrags.

Quantenverschränkung

Quantenverschränkung ist Überlagerung in einem größeren Maßstab, etwas, das während seines Vortrags Sachdev beschrieben. Partikel werden verstrickt, wenn sie miteinander interagieren. Verschränkung bedeutet, dass wenn eine Aktion an einem Teilchen durchgeführt wird, es direkt, dass Partikel verschränkten Partner egal wie wirkt weit voneinander entfernt sind. [Funktionsweise Quantenverschränkung (Infografik)]

Sachdev sagte ist ein guter Weg, um darüber nachzudenken, sich vorzustellen, wie zwei Elektronen verstrickt zu drehen. Elektronen entweder drehen im Uhrzeigersinn (eine "von oben" Spin) oder gegen den Uhrzeigersinn (ein "nach unten" Spin).

"Ist das Elektron links oben oder unten?" Sachdev fragte das Publikum. "Die Antwort ist wirklich beides." Und dies gilt für beide Elektronen.

Die Elektronen werden in dieser Überlagerungszustand bleiben, bis jemand eines der beiden Teilchen misst. Wenn ein Elektron eine auf Spin auf gemessen hat, erwirbt seine verschränkte Partner sofort nach unten drehen. Dies gilt unabhängig davon, wie weit auseinander sind die Elektronen, auch wenn ein Elektron auf der Erde und die anderen blieben wurde zum Mond strahlte.

Sachdev sagte, dass er denkt, dass diese Quanten-Verschränkung der besondere Art für die magiclike Eigenschaften von Supraleitern verantwortlich ist.

Eine kristalline Verbindung namens YBCO (Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid) ist das erste Material, das Wissenschaftler entdeckten, dass als Supraleiter bei Temperaturen oberhalb des Siedepunktes von flüssigem Stickstoff (minus 320 Grad Fahrenheit) fungieren kann. Sachdev sagte, dass die Kupferatome in dieser Substanz sind der wichtigste Teil der Verbindung. Der Elektronen um die Kupferatome bilden Sie Paare und "jedes Paar von Elektronen überall [im Material] zur gleichen Zeit" Sachdev, sagte während zeigt ein Diagramm der gepaarten Elektronen. Diese Büschel von verschränkten Teilchen in Überlagerung führt zur Supraleitung.

Die Quantenverschränkung in einem Supraleiter ein wenig komplexer, sagte Sachdev. Es erscheint die Elektronenpaaren Swap-Partner, erstellen, wie er es nennt, "Long-Range Verschränkung."

Mehr über weiträumige Verstrickung, Sachdev erklärt, führt zu besseren Hochtemperatur-Supraleiter. Die Basistechnologie bereits vorhanden ist, aber andere Hindernisse verhindern, Hochtemperatur-Supraleiter in großem Maßstab. Zum Beispiel müsste mit Supraleitern als Stromleitungen eine riesige Startkosten Sachdev sagte.

"Nur über das ersetzen alle Netzkabel under New York", meint Sachdev.

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