No incrível mundo da física, o impossível, embora não imediatamente, mas ainda se torna possível. E, ultimamente, os cientistas conseguiram realizar coisas realmente super impossíveis. A ciência está progredindo. Apenas um monstro do macarrão sabe o que mais nos espera em suas entranhas mais secretas. Hoje vamos analisar uma dúzia de coisas, estados e objetos irreais que se tornaram possíveis graças à física moderna.
Temperaturas incrivelmente baixas
No passado, os cientistas eram incapazes de resfriar objetos abaixo do chamado "limite quântico". Para resfriar algo a tal estado, é necessário usar um laser com átomos que se movem muito lentamente e suprimir as vibrações geradoras de calor que eles geram.
No entanto, os físicos encontraram a solução certa. Eles criaram um tambor vibratório de alumínio ultra-minúsculo e foram capazes de resfriá-lo até 360 µK, que é 10.000 vezes a temperatura nas profundezas do espaço.
O diâmetro do tambor é de apenas 20 micrômetros (o diâmetro de um cabelo humano é de 40-50 micrômetros). Foi possível resfriá-lo a temperaturas ultrabaixas graças a uma nova tecnologia da chamada "luz comprimida", na qual todas as partículas têm a mesma direção. Isso elimina vibrações geradoras de calor no laser. Mesmo que o tambor tenha sido resfriado até a temperatura mais baixa possível, não é o tipo de matéria mais fria. Este título pertence ao condensado de Bose-Einstein. Mesmo assim, a realização desempenha um papel importante. Desde então, um método e tecnologia semelhantes podem encontrar sua aplicação para criar eletrônicos ultrarrápidos, bem como ajudar na compreensão do estranho comportamento dos materiais no mundo quântico, aproximando em suas propriedades os limites físicos.
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A luz mais brilhante
A luz do Sol é incrivelmente brilhante. Agora imagine a luz de um bilhão de sóis. Foi ele que foi criado recentemente por físicos em laboratório, aliás, tendo criado a luz artificial mais brilhante da Terra, que, aliás, se comporta de forma bastante imprevisível. Ele muda a aparência dos objetos. No entanto, isso não está disponível para a visão humana, de modo que os físicos devem acreditar em sua palavra.
Buraco negro molecular
Um grupo de físicos criou recentemente algo que se comporta como um buraco negro. Para fazer isso, eles pegaram o laser de raios X mais poderoso do mundo, Linac Coherent Light Source (LCLS) e o usaram para colidir moléculas de iodometano e iodobenzeno. Inicialmente, esperava-se que o pulso de laser eliminasse a maioria dos elétrons da órbita dos átomos de iodo, deixando um vácuo em seu lugar. Em experimentos com lasers mais fracos, esse vazio, como regra, foi imediatamente preenchido com elétrons das fronteiras mais externas da órbita atômica. Quando o laser LCLS atingiu, o processo esperado realmente começou, mas então um fenômeno verdadeiramente surpreendente se seguiu. Tendo recebido tal nível de excitação, o átomo de iodo começou a devorar literalmente elétrons de átomos de hidrogênio e carbono próximos. Visto de fora, parecia um minúsculo buraco negro dentro da molécula.
Os pulsos de laser subsequentes eliminaram os elétrons atraídos, mas o vazio puxou mais e mais. O ciclo foi repetido até que toda a molécula explodisse. Curiosamente, o átomo da molécula de iodo foi o único que apresentou tal comportamento. Por ser em média maior do que os outros, é capaz de absorver uma grande quantidade de energia de raios X e perder seus elétrons originais. Essa perda deixa o átomo com uma carga positiva suficientemente forte, com a qual atrai elétrons de outros átomos menores.
Hidrogênio metálico
Tem sido chamado de "Santo Graal da Física de Alta Pressão", mas até recentemente ninguém foi capaz de obtê-lo. A possibilidade de converter hidrogênio em metal foi anunciada pela primeira vez em 1935. Os físicos da época sugeriram que tal transformação poderia ser provocada por uma pressão muito forte. O problema era que as tecnologias da época não podiam criar tal pressão.
Em 2017, a equipe americana de físicos decidiu voltar à velha ideia, mas fez uma abordagem diferente. O experimento foi realizado dentro de um dispositivo especial chamado torno de diamante. A pressão gerada por este torno é produzida por dois diamantes sintéticos localizados em ambos os lados da prensa. Graças a este dispositivo, uma pressão incrível foi alcançada: mais de 71,7 milhões de psi. Mesmo no centro da Terra, a pressão é menor.
Chip de computador com células cerebrais
Dando vida à eletrônica, a luz poderia um dia substituir a eletricidade. Os físicos perceberam o incrível potencial da luz décadas atrás, quando ficou claro que as ondas de luz podiam viajar paralelamente umas às outras e, assim, realizar muitas tarefas simultâneas. Nossa eletrônica depende de transistores para abrir e fechar os caminhos da eletricidade. Este esquema impõe muitas restrições. No entanto, recentemente os cientistas criaram uma invenção incrível - um chip de computador que imita o trabalho do cérebro humano. Graças ao uso de feixes de luz em interação que funcionam como neurônios em um cérebro vivo, esse chip é capaz de realmente "pensar" muito rapidamente.
Anteriormente, os cientistas também podiam criar redes neurais artificiais simples, mas esses equipamentos exigiam várias mesas de laboratório. Era considerado impossível criar algo com a mesma eficiência, mas em um tamanho muito menor. E ainda assim conseguiu. O chip baseado em silício tem apenas alguns milímetros de tamanho. E ele conduz operações computacionais usando 16 neurônios integrados. Acontece assim. Uma luz laser é fornecida ao chip, que é dividido em vários feixes, cada um dos quais contém um número de sinal ou informações que variam no nível de brilho. A intensidade de saída dos lasers fornece a resposta para um problema numérico ou qualquer informação para a qual uma solução foi necessária.
Forma impossível de matéria
Existe um tipo de matéria denominado "sólido superfluido". E, de fato, esse assunto não é tão terrível quanto pode parecer pelo nome. O fato é que esta forma muito bizarra de matéria tem uma estrutura cristalina característica dos sólidos, mas ao mesmo tempo é um líquido. Esse paradoxo permaneceu sem ser realizado por muito tempo. No entanto, em 2016, dois grupos independentes de cientistas (americanos e suíços) criaram a matéria, que pode ser legitimamente atribuída às propriedades de um sólido superfluido. Curiosamente, ambas as equipes usaram abordagens diferentes para criá-lo.
Os suíços criaram o condensado de Bose-Einstein (a matéria mais fria que se conhece) ao resfriar o gás rubídio a temperaturas extremamente baixas. Em seguida, o condensado foi colocado em uma instalação de duas câmaras, em cada uma das quais foram instalados pequenos espelhos direcionados um ao outro. Feixes de laser foram direcionados às câmeras, o que desencadeou a transformação. As partículas de gás, em resposta à ação do laser, formaram a estrutura cristalina do sólido, mas em geral a matéria reteve sua propriedade fluida.
Os americanos obtiveram uma matéria híbrida semelhante baseada em um condensado de átomos de sódio, que também foi fortemente resfriado e exposto a um laser. Os últimos foram usados para mudar a densidade dos átomos antes do aparecimento de uma estrutura cristalina na forma líquida.
Fluido de massa negativa
Em 2017, os físicos criaram uma coisa muito legal: uma nova forma de matéria que se move em direção à força que a repele. Embora não seja realmente um bumerangue, essa matéria tem o que você pode chamar de massa negativa. Com uma massa positiva, tudo fica claro: você dá aceleração a algum objeto, e ele começa a se mover na direção em que essa aceleração foi transmitida. No entanto, os cientistas criaram um fluido que funciona de maneira muito diferente de qualquer coisa no mundo físico. Quando empurrado, ele acelera até a fonte da aceleração que está sendo exercida.
E mais uma vez o condensado de Bose-Einstein veio em seu socorro nesta questão, em cujo papel foram os átomos de rubídio resfriados a temperaturas ultrabaixas. Assim, os cientistas obtiveram um líquido superfluido com massa normal. Em seguida, eles comprimiram fortemente os átomos com lasers. Então, com o segundo conjunto de lasers, eles excitaram fortemente os átomos, tanto que mudaram seus spins. Quando os átomos foram libertados do aperto do laser, a reação de um líquido comum seria o impulso de se mover do centro de fixação, o que na verdade pode ser interpretado como empurrão. No entanto, o líquido superfluido de rubídio, cujos átomos receberam aceleração suficiente, permaneceu no lugar quando liberado da garra do laser, demonstrando assim uma massa negativa.
Cristais de tempo
Quando Frank Wilczek, o ganhador do Nobel, propôs pela primeira vez a ideia dos cristais de tempo, parecia loucura. Principalmente na parte em que foi explicado que esses cristais podem ter movimento, permanecendo em estado de repouso, ou seja, demonstrando o menor nível de energia da matéria. Parecia impossível, visto que a energia é necessária para o movimento, e a teoria, por sua vez, dizia que praticamente não havia energia nesses cristais. Wilczek acreditava que o movimento perpétuo pode ser alcançado mudando o estado fundamental do átomo de cristal de estacionário para periódico. Isso ia contra as leis da física conhecidas por nós, mas em 2017, 5 anos depois que Wilczek propôs isso, os físicos encontraram uma maneira de fazer isso. Como resultado, um cristal do tempo foi criado na Universidade de Harvard, onde as impurezas de nitrogênio "giravam" nos diamantes.
Espelhos bragg
O espelho Bragg não é altamente reflexivo e consiste em 1000-2000 átomos. Mas é capaz de refletir luz, o que o torna útil onde quer que pequenos espelhos sejam necessários, como na eletrônica avançada. A forma desse espelho também é incomum. Seus átomos estão suspensos no vácuo e se parecem com uma corrente de contas. Em 2011, um grupo de cientistas alemães conseguiu criar um espelho de Bragg, que na época tinha o maior nível de reflexão (cerca de 80 por cento). Para fazer isso, os cientistas combinaram 10 milhões de átomos em uma estrutura de rede.
No entanto, mais tarde, equipes de pesquisa da Dinamarca e da França encontraram uma maneira de reduzir significativamente o número de átomos necessários, mantendo uma alta eficiência reflexiva. Em vez de se agruparem fortemente, os átomos foram colocados ao longo de uma fibra óptica microscópica. Com o posicionamento correto, surgem as condições necessárias - a onda de luz é refletida diretamente de volta ao seu ponto de origem. Quando a luz é transmitida, alguns dos fótons escapam da fibra e colidem com os átomos. As eficiências reflexivas demonstradas pelas equipes dinamarquesa e francesa são muito diferentes e estão em torno de 10 e 75 por cento, respectivamente. Porém, em ambos os casos, a luz retorna (isto é, é refletida) ao seu ponto de origem.
Além de vantagens promissoras no desenvolvimento de tecnologias, tais espelhos podem ser úteis em dispositivos quânticos, uma vez que os átomos adicionalmente utilizam o campo de luz para interagir uns com os outros.
Ímã 2D
Os físicos tentaram criar um ímã bidimensional desde a década de 1970, mas sempre falharam. Um verdadeiro ímã 2D deve reter suas propriedades magnéticas mesmo quando separado para um estado onde se torna bidimensional, ou apenas um átomo de espessura. Os cientistas até começaram a duvidar de que tal coisa fosse possível.
No entanto, em junho de 2017, os físicos usando triiodeto de cromo finalmente conseguiram criar um ímã bidimensional. A conexão acabou sendo muito interessante de vários lados ao mesmo tempo. Sua estrutura de cristal em camadas é excelente para afilamento e, além disso, seus elétrons têm a direção de spin desejada. Essas propriedades importantes permitem que o triiodeto de cromo retenha suas propriedades magnéticas, mesmo depois que sua estrutura de cristal foi reduzida à espessura das últimas camadas atômicas.
O primeiro ímã 2D do mundo poderia ser produzido a uma temperatura relativamente alta de -228 graus Celsius. Suas propriedades magnéticas param de funcionar à temperatura ambiente, pois o oxigênio o destrói. No entanto, os experimentos continuam.
NIKOLAY KHIZHNYAK
