• РЕГИСТРАЦИЯ

Впервые учёные смогли разглядеть отдельные атомы

3 3557

Если Вы соберете газ в сосуд и постараетесь сделать снимок отдельных атомов с помощью мощнейших микроскопов, то увидите лишь размытое туманное пятно. Атомы при комнатной температуре двигаются с огромной скоростью и невозможно различить их по отдельности.

Однако, если охладить атомы до температуры близкой к абсолютному нулю, они начнут двигаться с такой черепашьей скоростью, что станет возможно их рассмотреть. Учёным необходимо увидеть, как ведут себя атомы в сверхтекучих жидкостях, сверхпроводниках или квантовых магнитах.

Физики Массачусетского технологического института (MIT) охладили газ из атомов калия до температуры нескольких нK (10-9К). Далее, исследователи смогли поймать отдельные атомы в двухмерную решетку, образованную пересекающимися лучами лазеров. С помощью микроскопа с сверхвысоким разрешением были сделаны снимки охлажденных атомов.

Изучив корреляции позиций атомов в сотнях снимков, учёные распознали отдельные атомы и способы их взаимодействия друг с другом, в зависимости от их положения в пространственной решётке. Часть из них предпочитает одиночный образ жизни и сторонится соседей. Другие собираются кучками с чередующейся магнитной ориентацией. Есть такие, которые объединяются в пары, разделённые пустотами.

Команда физиков надеется, что открытие сможет пролить свет на поведение атомов в таких материалах как сверхпроводники. Сверхпроводники – материалы, в которых электроны движутся без сопротивления, что означает нулевые потери энергии во время их путешествия. В случае создания сверхпроводников, существующих при комнатной температуре (на самом деле для таких материалов и 0С будет невероятным достижением), откроется новая эра экономичности и эффективности для любых устройств зависящих от электрического тока.

Martin Zwierlein, профессор физики MIT, считает, что полученные им результаты помогут учёным определить идеальные условия для получения эффекта сверхпроводимости.

Атомы как модель электронов

Сегодня, абсолютно невозможно смоделировать высокотемпературные сверхпроводники, поскольку не существует такого компьютера, который смог бы просчитать взаимодействие электронов. Martin Zwierlein предлагает модель, использующую поведение атомов газа, как замену поведению электронов в твёрдом сверхпроводнике.

Основа подобной модели базируется на нескольких постулатах. Сначала, в 1925 году физик Вольфганг Паули сформулировал принцип, носящий сегодня его имя. Принцип запрета Паули (в применении к данной ситуации) гласит: два электрона не могут находится в одном квантовом состоянии (с одинаковым спином или позицией) в одно время. Благодаря его вкладу получили объяснения отличия в свойствах химических элементов, обусловленные различными конфигурациями электронных оболочек.

Вслед за этим, Энрико Ферми распространил этот принцип не только на электроны, но и на атомы газа: охлажденные до температуры около нуля атомы газа, принимают наименьшие из своих возможных квантовых состояний (речь идёт о конденсате Бозе – Эйнштейна).

Далее физик Джон Хаббард объединил все эти выкладки в модели получившей название Бозе – Ферми – Хаббарда. В наше время эта модель пытается объяснить основы сверхпроводимости. И пока учёные пытаются использовать эту модель для объяснения сверхпроводящих электронов, модель накладывает жесткие ограничения на эксперименты в этой области. В реальности (как сказано выше) эта модель работает только для слабо взаимодействующих электронов.

По этой причине учёные не могут смоделировать высокотемпературные сверхпроводники. Также пока нет ни малейшей возможности увидеть в микроскоп отдельный электрон.

Команда учёных разрабатывала эксперимент по реализации модели Ферми-Хаббарда на основе отдельных атомов. Предположительно, охлаждённые до температуры близкой к абсолютному нулю, атомы должны вести себя аналогично электронам в высокотемпературных сверхпроводниках. Группа предварительно охладила атомы и затем поймала их в двухмерной плоскости решётки, образованной пересекающимися лучами лазера. При таких низких температурах атомы газа замедлились настолько, что удалось сфотографировать их взаимодействие.

По краям решётки, где атомы газа были более разрежены, наблюдались отдельные атомы, каждый со своим пустым пространством. Были обнаружены лишь единичные исключения из этого правила. Там, где газ был сжат сильнее, наблюдался неожиданный эффект: атомы имели соседа, были расположены один над другим и были крепко связаны между собой. Пары атомов выстроились с чередующейся магнитной ориентацией.

«Это были прекрасные, антиферромагнитные корреляции, похожие на рисунок шахматной доски – вверх, вниз, вверх, вниз» - описывает свои наблюдения Zwierlein.

В то же время, пары атомов располагались по соседству с пустыми ячейками решётки. Вероятно, именно такую структуру должны иметь высокотемпературные сверхпроводники, в которых резонирующие пары электронов в смежных ячейках решётки смогут перемещаться без сопротивления, если будет достаточно свободного места для их движения.

По мнению учёных, схожие структуры из более плотных материалов смогут обеспечить сверхпроводимость при комнатных температурах. Результаты, полученные в результате экспериментов, показывают необходимость дальнейшего охлаждения газа, как минимум в пять раз или около того.

Источник: http://science.sciencemag.org/content/353/6305/1260.full

    Если Украина рухнет до 9 Мая, Европа покажет России кукиш из-за забора

    В предыдущие периоды СВО Запад вооружал украинскую армию, которая за восемь лет войны в Донбассе обкатала 800 тысяч человек. Потом к ним добавились 200 тысяч добровольцев. У них получил...

    А не замахнуться ли нам и на воскресенье?..

          Штож,  граждане!  Предыдущая  подборочка  уверенно       набрала  160+,  попробуем  повторить  успех?&nb...

    На Первом вышла очередная премьера Эрнста, которую просто невозможно смотреть. Чем зрителей взбесил ремейк фильма «Противостояние».

    Есть такой старый анекдот, который как нельзя лучше описывает то, что происходит сегодня в отечественном кинематографе:С каждым годом я стал замечать, что советские актёры в советских ф...

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев

      petr 30 октября 2016 г. 12:31

      LIGO обнаружил чёрные дыры или гравизвёзды?

      После первого в истории обнаружения гравитационных волн, которое было анонсировано в феврале 2016 года, два исследователя провели тесты: исходят ли гравитационные волны от чёрной дыры?Luciano Rezzolla (Университет Франкфурта) и Cecilia Chirenti (Университет Санто Андре, Бразилия) провели тесты не исходят ли гравитационные волны от гравизвезды. Результаты исследования ...
      1322
      petr 18 октября 2016 г. 09:28

      Особенности изображения реальности в кино ч.2

      Часть 1 https://cont.ws/post/357249Известно, что для зрелищности физическая реальность в фильмах искажается, но в какой мере? Насколько стоит верить тому, что видишь?Влияние кинематографа на умы населения огромно, много чего о жизни мы знаем исключительно из кинофильмов. Как выглядит космос или удар метеорита о земную поверхность, например. Особое место в кино занимае...
      1066
      petr 18 октября 2016 г. 08:51

      Захватывающие поиски внеземных цивилизаций

          Новые исследования звезды KIC 8462852, более известной как звезда Табби, опровергли теорию о том, что она окружена искусственным космическим сооружением. Предположение о том, что Табби окружена сферой Дайсона, появилось после доклада о странных изменениях светимости звезды. Табби – это, в целом, обычная звезда класса F (немного более горячая и тяжёл...
      2389
      petr 14 октября 2016 г. 11:39

      Наблюдаемая Вселенная содержит 2 триллиона галактик

      Используя данные, полученные в ходе проведения дальних и сверхдальних наблюдений телескопа Хаббл, учёные уточнили количество галактик в видимой части Вселенной. Оказалось, что существует в 10 раз больше галактик, чем предполагалось ранее. Уточнение их числа окажет влияние на наше понимание процессов формирования галактик. Также, вероятно, это может дать...
      2314
      petr 13 октября 2016 г. 12:04

      Двойная звезда - источник гамма-излучения

      Система LMC P3 (в кружке) находится в туманности, образованной останками сверхновой звезды в Большом Магеллановом Облаке, маленькой галактике в 163 000 световых лет от нас. Астрономы впервые нашли двойную звёздную систему – источник гамма-излучения, расположенную вне нашей галактики. Объект, названный LMC P3, содержит массивную звезду и ядро сверхново...
      1951
      petr 5 октября 2016 г. 09:29

      В чёрных дырах нет сингулярности

      В своём новом исследовании физики изъяли сингулярность из чёрной дыры. Предположительно, чёрные дыры являются своеобразными порталами в другие вселенные.Физик Jorge Pullin и его коллега Rodolfo Gambini, университет Республики, Монтевидео, опубликовали работу о применении теории петлевой квантовой гравитации (ПКГ) к одиночной чёрной дыре. В работе показа...
      2069
      petr 30 сентября 2016 г. 11:31

      Первобытные чёрные дыры

      Компьютерная симуляция образования черной дыры в ранней Вселенной. Модель демонстрирует как газовое облако коллапсирует сразу в черную дыру. Газ течет по филаментам из темной материи, которая формировала некое подобие сети в молодой Вселенной. Первые галактики сформировались внутри филаментов темной материи. Астрономы наши доказательства существования...
      1507
      petr 28 сентября 2016 г. 12:17

      Звезда и её нерождённые планеты

      Протопланетный диск звезды TW Гидры. Пылевой диск, окружающий звезду TW Гидры, вероятно, мог бы сигнализировать о процессе формирования планет. Однако, астрофизики утверждают, что скорее всего внутренние области пылевого диска указывают на его будущее уничтожение.Астрофизик Barbara Ercolano, Мюнхенский университет Людвиги-Максимилиана (LMU), полагает,...
      1061
      petr 24 сентября 2016 г. 11:50

      "Сейчас": физика времени.

      Простой вопрос от жены: может ли физика помочь людям путешествовать во времени? – заставил учёного взяться за решение проблемы, мучившей его на всём протяжении своей карьеры физика. Почему стрела времени неумолимо направлена вперёд, создавая всё новые «сейчас»?Результаты поиска опубликованы в книге «NOW: The Physics of Time» за авторством R. A. Muller. Автор углубляет...
      4911
      petr 16 сентября 2016 г. 12:15

      Мистерия нашего времени: астрономы тестируют космическую историю.

      Схематичное изображение истории развития Вселенной.      В своем новом исследовании команда астрономов обращает внимание на нерешенную загадку расширения Вселенной. Хотя ускоренное расширение могло начаться в любой момент, на самом деле оно происходит именно в наше время.     Одним из самых потрясающих успехов а...
      886
      petr 12 сентября 2016 г. 12:43

      Учёные показали, что чёрные дыры не существуют.

      Чёрная дыра в представлении художника. Чёрные дыры давно привлекают внимание публики и являются объектом массовой культуры. Они само воплощение непознаваемого – темнейшие и самые плотные объекты во Вселенной, даже свет не может их покинуть. А теперь, как будто нам этого мало, оказывается, что они не существуют!Совместив две конфликтующих теории, Laura...
      973
      petr 12 сентября 2016 г. 11:26

      Учёные открыли «тёмный» Млечный Путь.

      Тёмная галактика Стрекоза 44. Снимок слева из архива Слоановского цифрового небесного обзора. Видно лишь тусклое, грязное пятно. Снимок справа сделан телескопом Джемини. Стрекоза 44 - очень большая и слишком тусклая для своей массы галактика. Используя мощнейшие телескопы, международная команда астрономов открыла массивную галактику, которая почти пол...
      985
      petr 8 сентября 2016 г. 13:27

      Сверхновая, которой не было: сказание о трёх космических извержениях.

      Образовавшаяся в результате «великого Извержения» туманность Гомункул, снятая космическим телескопом Хаббл.В середине 19-го века астрономы, изучавшие ночное небо в южном полушарии, зафиксировали нечто странное: ранее невидимая звезда, названная Эта Киля, становилась всё ярче и ярче. Очень быстро звезда стала самой яркой на небе, за исключением Сириуса. ...
      982
      petr 7 сентября 2016 г. 13:12

      Открыто самое удалённое скопление галактик.

      Новый рекордсмен открыт учёными с использованием космического телескопа Чандра, НАСА. Это галактическое скопление выглядит таким, каким оно было сразу после своего рождения, во время короткой, но очень важной стадии своей эволюции.Скопление галактик названо CL J1001+0220 (CL J1001) и расположено в 11.1 млрд. световых лет от Земли. Открытие отодвигает на...
      1122
      petr 1 сентября 2016 г. 11:16

      Астрономы НАСА изучили необычную звезду.

      Звезда с неопределённым возрастом получила название IRAS 19312+1950. Объект имеет особенности характерные для очень молодой и очень старой звезды одновременно. Звезда очень яркая и расположена в облаке газа и пыли богатом различными химическими элементами. Масса звезды около 10 солнечных, а излучаемая энергия в 20000 раз больше чем у Солнца. Астрономы п...
      772
      petr 28 августа 2016 г. 07:40

      Особенности изображения реальности в кино, часть 1

      Известно, что для зрелищности физическая реальность в фильмах искажается, но в какой мере? Насколько стоит верить тому, что видишь?Влияние кинематографа на умы населения огромно, много чего о жизни мы знаем исключительно из кинофильмов. Как выглядит космос или удар метеорита о земную поверхность, например. Особое место в кино занимает война и оружие, столько мифов и л...
      1276
      petr 26 августа 2016 г. 12:27

      Космические телескопы WISE и Ферми открыли сотни новых блазаров

      Совместив данные, полученные с космических телескопов WISE и Ферми, принадлежащих НАСА, астрономы установили связь между инфракрасным и гамма-излучением, испускаемым блазарами. Блазары – класс удалённых галактик, чья яркость обеспечивается сверхмассивной чёрной дырой в её центре.Блазары – самый часто наблюдаемый космическим телескопом Ферми источник гамма-излучения. ...
      1166
      petr 23 августа 2016 г. 11:12

      Чёрные дыры

           Чёрные дыры остаются, в большей степени, таинственными и непонятными объектами. Однако, их поведение всё же подчиняется основным законам физики, в частности термодинамике. В результате, подобные физические системы обладают энтропией, хотя по-прежнему нет никакой договоренности о её квантовом представлении и способах её вычисления.   ...
      1201
      petr 23 августа 2016 г. 10:57

      Тёмная материя

           Тёмная материя, самая мистическая и самая распространённая субстанция во Вселенной, остаётся всё такой же неуловимой. Хотя множество экспериментов на земле и в космосе не помогли ученым найти тёмную материю, однако, сузили область исследований для дальнейшего поиска. Три исследования, которые были опубликованы ранее в 2016 году, сделаны на осн...
      698
      petr 18 августа 2016 г. 12:35

      Обнаружена пятая фундаментальная сила?

      Теоретическая физика накануне грандиозного открытия. Последние исследования предполагают открытие нового вида субатомных частиц, представляющих гипотетическую, пятую фундаментальную силу.Возможное открытие пятой фундаментальной силы должно быть подтверждено новыми экспериментами. Профессор физики и астрономии Университета Калифорнии Jonathan Feng говори...
      1336
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика