Квантовая левитация. Современное чудо

Не так давно в Тель-Авивском университете прошла презентация проекта Superconductivity Group, которая наглядно показала, что такое сверхпроводники и с чем их едят.

Конечно же, буквально употреблять сверхпроводник в качестве продукта питания совсем не стоит, а вот пронаблюдать за самой настоящей левитацией сегодня вполне возможно именно благодаря этим необычным материалам.

О сверхпроводниках физики всего мира говорили уже давно, но в последнее время эта тема стала гораздо более популярной, в основном благодаря таким вот экспериментам, ну и также не без помощи всеобщей популяризации квантовой физики благодаря появлению Коллайдера и множества интересных передач по Дискавери)

В Тель-Авивском эксперименте использовался тончайший (всего ~1µm) слой сверхпроводника yttrium barium copper oxide (YBa₂Cu₃O_7-x), нанесённый на тонкую сапфировую пластину. Благодаря квантовой физике сегодня мы знаем, что магнитное поле буквально "хватает" сверхпроводник и цепко "держит" его в любом положении, в котором он находился изначально

Этот эффект называют "квантовой левитацией", и больше всего поражает тот факт, что это никакой не фокус, а самая настоящая левитация!

Суть квантовой левитации состоит в том, что благодаря правильному использованию физических свойств сверхпроводников их возможно не просто удержать в воздухе, но и заставить двигаться над и даже под магнитными "рельсами" с умопомрачительной скоростью

Магнитный рельс

Так в чём же проблема, спросите Вы? Почему мы до сих пор не катаемся на сверхпроводниковых поездах? А загвоздка состоит в том, что открытые на сегодняшний день материалы-сверхпроводники раскрывают свой физический потенциал лишь при чрезвычайно низких температурах (от -185°C). Именно в условиях таких экстремальных температур обычный керамический слой приобретает свойства сверхпроводника. И именно поэтому мы видим на видео белый шлейф за сверхпроводящим диском — это ни что иное как холод, оставшийся после длительного предварительного погружения сверхпроводника в жидкий азот, ведь иначе такой эксперимент попросту не был бы возможен

Сверхпроводник пропускает сквозь себя электричество вообще без сопротивления и без какой-либо энергетической потери. Причём имеется в виду полное отсутствие потерь, ноль. Вот почему магнитное поле так сильно держится за сверхпроводник, что законы гравитации попросту перестают для него действовать

Сверхпроводимость и магнитное поле недолюбливают друг друга. При первой же возможности сверхпроводник избавляется от магнитного поля, не оставляя внутри себя ни единого лишнего электрона. Этот процесс называется эффектом Мейснера. В случае с Тель-Авивским экспериментом проводник настолько тонкий, что магнитное поле проникает прямо сквозь него, хотя и в мизерных, дискретных количествах (это ж квантовая физика, в конце-концов). Те части магнитного поля, которым удалось пробиться сквозь сверхпроводник, называются трубами потока

Пробитые насквозь такими магнитными "трубками" участки теряют свою сверхпроводимость, что заставляет сверхпроводник пытаться сохранять магнитные трубы прикрепленными в слабых областях. Любое пространственное движение сверхпроводника заставит трубы потока перемещаться и чтобы предотвратить это, сверхпроводник остается "пойманным в ловушку" в воздушном пространстве. Этот эффект называется "квантовой ловушкой"

Вполне возможно, что если бы нам в школах показывали такие видео, то физиков сегодня было бы намного больше =) Кто из нас не мечтал в детстве летать? Мне кажется, что уже совсем не за горами главное открытие человечества — создание сверхпроводника, функционирующего при обычных для нас температурах, а с появлением такого элемента цивилизация кардинально изменится. Возможно, это произойдёт не при нашем поколении и даже не при наших детях и внуках, но будущие потомки просто обязаны воплотить в жизнь легенду об Атлантиде, чьи жители умели нарушать законы гравитации — быть может мы даже не открываем новый элемент периодической таблицы, а всего-навсего переоткрываем тот, коим владели жители Атлантиды (если они на самом деле существовали), кто знает. Радует одно — наука шаг за шагом движется в нужном направлении, постепенно делая умопомрачительные открытия, а мы можем наблюдать за этим и делиться друг с другом всё новыми и новыми высокотехнологичными чудесами!