fizika
Vilniaus universiteto (VU) fizikai teoretikai atrado, kad šaltųjų atomų dujų debesėlyje dalelės gali judėti it veikiamos į visas puses iškart nukreipto magnetinio lauko. Tikimasi, kad ateityje šis atradimas prisidės prie naujų sukinių valdymo metodų kūrimo. Efektyvus sukinių perdavimas, valdymas ir detektavimas leistų kurti naujo tipo prietaisus, kurie galėtų būti efektyvesni ir greitesni už dabartinę elektroniką.
Kas aš esu? Kodėl aš esu čia? Ar mes esame vieni? Per daugelį metų mokslininkai ir išradėjai pasiekė didelių laimėjimų įvairiose mokslo srityse, tačiau neatsakytų klausimų vis dar yra. Naujas dokumentinių laidų ciklas „Genijus“ ir Stephen Hawking atskleis, jog kiekvienas iš mūsų gali lengvai suprasti didžiuosius žmonijos mokslo atradimus ir inovacijas.
„Tie, kurie nėra šokiruoti, kai pirmą kartą susiduria su kvantine teorija, negali to suvokti“, – sakė danų fizikas Nilsas Boras. Paimkime du kubitus (kvantinius bitus) ir juos tarpusavyje kvantiškai susiekime. Pamatavę vieną kubitą, iš karto sužinosim koks yra kitas kubitas. Šiuo saitu galima manipuliuoti iš karto su daugeliu kubitų. Vos devyni kubitai, susieti ir laikomi superpozicijoje, gali tuo pačiu metu būti bet kuriuo skaičiumi nuo 0 iki 512. Jie gali atlikti daugybę skaičiavimo operacijų vienu metu. Galime tik įsivaizduoti, jei sujungsime kelis šimtus kubitų, gausime daugiau skaičių, negu yra atomų mūsų matomoje Visatoje. Jei sukursime tokius kompiuterius, jų galimybės kardinaliai pakeis mūsų pasaulį.
1935 m. fizikas Ervinas Šriodingeris sugalvojo mintinį eksperimentą. Įsivaizduokite tokią situaciją. Uždarote katę sandarioje dėžėje, prie kurios prijungtas nuodingų dujų balionėlis. Balionėlis yra užsuktas, o jo atsukimą automatiškai nulemia radioaktyvaus mėginio pavyzdžiui, radioaktyvios anglies, bet tinka ir bet koks kitas, skilimas. Palaukiame tiek laiko, kiek vidutiniškai reikia vienam mėginio atomui skilti, ir atidarome dėžę. Ar gyva bus katė, ar mirusi? Kada anksčiausiai galime tai pasakyti tik atidarę dėžę ar kažkiek anksčiau? Jei nežinome, ar katė gyva, iki pat tada, kai dėžę atidarome, tai kokia ji buvo prieš tai?
Mokslininkai iš Bristolio universiteto stebėjo vieno seniausių empirinių fizikos dėsnių pažeidimą. Atliktas eksperimentas su purpurine bronza, kuri yra metalas su unikaliomis vienmatėmis elektroninėmis savybėmis. Gauti rezultatai parodė, kad Vydemano-Franco (Wiedemann-Franz) dėsnis nebegalioja. Darbas atspausdintas „Nature” žurnale.
1853 metais du vokiečių fizikai: Gustavas Vydemanas ir Rudolfas Francas, nagrinėjo kelių metalų terminį laidumą, tai yra sistemos šilumos perdavimo gebėjimą. Jie atrado, kad šiluminio ir elektrinio laidumų santykis yra apytiksliai vienodas skirtingiems metalams vienodose temperatūrose.
Šio empiriškai nustatyto dėsnio priežastis tapo aiški praėjusio amžiaus pradžioje tik atradus elektroną bei atėjus kvantinei mechanikai. Elektronas turi sukinį ir krūvį. Elektronams judant metalu, susidaro elektros srovė, nes elektronų judėjimas yra krūvių judėjimas. Taip pat elektronų judėjimas perneša metale ir šilumą. Kadangi elektronai perneša šilumą ir krūvį, tai šiluminio ir elektrinio laidumų santykis nedaug skiriasi skirtingiems metalams.
Per paskutiniuosius šimtą penkiasdešimt metų buvo parodyta, kad Vydemano-Franco dėsnis yra neįprastai stiprus. Ištyrus tūkstančius metalinėmis savybėmis pasižyminčių sistemų, šiluminio ir elektrinio laidumų santykis daugiausia skyrėsi apie penkiasdešimt procentų.
1996 metais amerikos fizikai C. L. Keinas (Kane) ir Metju Fišeris (Matthew Fisher) teoriškai numatė, kad, jei elektronus pririšite prie atskirų atominių grandinių, tai Vydemano-Franco dėsnis nebegalios. Tokiame vienmačiame pasaulyje elektronai sudaro dvi sistemas. Vienoje sistemoje esantys elektronai perneša sukinį, tačiau neperneša krūvio (tokie elektronai vadinami spinonais). Kitoje sistemoje esantys elektronai perneša krūvį, tačiau neperneša sukinio. Jie vadinami holonais. Holonui susidūrus su priemaiša, esančia atomų grandinėje, jis yra atspindimas. Iš kitos pusės, spinonai gali būti tuneliuojami per priemaišą ir tokiu būdu tęsti savo judėjimą. Tai reiškia, kad šiluma yra lengvai perduodama išilgai grandinės, o krūvis nėra pernešamas. Tokiu būdu Vydemano-Franco dėsnis yra pažeidžiamas, ir tuo labiau, kuo žemesnė temperatūra.
Eksperimentuotojų grupė, vadovaujama Naidželio Hasejaus, kuris dirba Bristolio universitete, ištyrė teoretikų numatymus su purpurine bronza. Įdomiausia, kad jie gavo, jog medžiagos šiluminis laidumas yra apie šimtą tūkstančių kartų didesnis nei numato Vydemano-Franco dėsnis, galiojantis kitiems metalams. Šis gautas dėsnio pažeidimas parodo, kokiomis neįprastomis savybėmis pasižymi elektronai vienmačiame pasaulyje. Gauti rezultatai taip pat gali būti svarbūs ir technologinėje perspektyvoje.
Profesorius Hasėjus pasakė: „galima sukurti visiškai vienmates atomų grandines ant medžiagų paviršių ar dvimačių sluoksnių, tokių kaip grafenas. Tačiau trimačiame kietame kūne visados bus tam tikras ryšys tarp atskirų atomų grandinių, ir tai leis elektronams judėti trimatėje erdvėje.“
„Tačiau purpurinės bronzos atveju, ryšys tarp atomų skirtingose grandinėse yra stipriai apribotas. Todėl elektronai yra uždaryti. Gaunamas vienmatis pasaulis trimatėje sistemoje. Pagrindinis tikslas yra atrasti, pavyzdžiui, būdą, naudojant slėgį bei cheminius priedus, kaip būtų galima padidinti galimybę elektronams peršokti į skirtingas atomų grandines. Būtų galima tirti, kaip kinta sukinių ir krūvių būsenos, kai trimatis pasaulis vėl yra atkurtas medžiagoje.“
Mokslinės fantastikos technologijos realybėje atsiras greičiau nei manote… Fizikas Michio Kaku planuoja, kad per ateinantį šimtmetį beveik viskas, kas iki šiol vaizduota kino juostose, taps prieinama kiekvienam.
Prieš penkerius metus Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto darbuotojas doc. dr. Mikas Vengris, apgynęs daktaro disertaciją Olandijoje, sugrįžo dirbti į Vilniaus universitetą. Į Lietuvą jaunąjį mokslininką atginė patriotizmas – nesumeluota, nesuvaidinta meilė Lietuvai ir universitetui.