В 2020 году опубликовано пять невероятных исследований по физике

Сказать, что 2020 год был трудным, — ничего не сказать. Науке тоже пришлось научиться ориентироваться в этом дивном новом мире, и среди множества сложностей этого года мы все еще наблюдаем прорывы и достижения во всех областях. В области физики мы думаем, что эти пять историй представляют собой одни из лучших работ, выпущенных за последние 12 месяцев.

В 2020 году опубликовано пять невероятных исследований по физике

Сверхпроводимость при комнатной температуре была достигнута за 109 лет — и все же

Сверхпроводимость позволяет протекать электричеству без какого-либо сопротивления, а также создавать некоторые специфические квантовые эффекты с использованием магнитных полей, такие как левитация. Не каждый материал является сверхпроводящим, и те, которые есть, необходимо охлаждать до температуры ниже нуля градусов. Материал, способный быть сверхпроводящим при комнатной температуре, был долгожданной мечтой.

Наконец-то у нас есть такой материал. Он сверхпроводит при температуре 15 ° C (59 ° F), но здесь есть большая загвоздка. Он работает только при экстремальном давлении. Давление в нем должно быть в 2,5 миллиона раз выше атмосферного давления на уровне моря. Этого можно добиться, только зажав его между двумя ромбами. Очень захватывающий, но не совсем тот чудесный материал, который изменит нашу жизнь.

В 2020 году опубликовано пять невероятных исследований по физике

Этот год был также годом невероятных для изучения атомов вблизи. Исследователи впервые смогли запечатлеть, как образовалась единичная молекула. Команда поместила три атома рубидия в вакуумную камеру без других атомов и с небольшой долей, близкой к абсолютному нулю.

Они обнаружили, что атомы заняли больше времени, чем ожидалось, это могло быть связано с изолированными атомами. Реакции более вероятны, когда вокруг прыгает много атомов, но это также может быть связано с простой настройкой системы. Команда исследует, чтобы лучше понять образование молекул.

Исследователи наконец-то измерили, сколько времени нужно, чтобы атом дошел до квантового туннеля

В 2020 году опубликовано пять невероятных исследований по физике

Если бы законы квантовой механики одинаково работали на макроскопическом уровне, то, если бы мы достаточно часто врезались в стену, мы смогли бы пройти через них (пожалуйста, не пытайтесь делать это дома, вы не электрон) .

Это своеобразное явление известно как квантовое туннелирование. Поместите частицу в коробку, и есть шанс, что она вылетит, просто пройдя сквозь стенки. В 2020 году физики наконец выяснили, сколько времени нужно атомам, чтобы пройти квантовый туннель. Ученые установили, что атомы рубидия пересекают оптический барьер толщиной 1,3 микрометра за 0,6 миллисекунды.

«Мы знаем о туннелировании почти столетие и используем его в самой быстрой электронике, высокоточных магнитометрах, сверхпроводящих кубитах и ​​т. Д. — позор, что прошло столько времени, а мы по-настоящему не понимаем, сколько времени процесс требует, — сказал в июле IFLScience старший автор профессор Эфраим Стейнберг. — Знание этого может помочь нам понять многие другие связанные процессы, в которых система может оказаться в нескольких конечных состояниях, что довольно часто встречается в квантовой теории ».

Одно из самых захватывающих свойств квантовой механики — запутанность. Отдельные частицы становятся частью единого состояния, и даже в отдаленной части они мгновенно реагируют на изменения. Запутывание трудно поддерживать, и в основном оно ограничивается горсткой частиц.

В 2020 году опубликовано пять невероятных исследований по физике

Но в этом году ученые впервые смогли создать квантовую запутанность с системой, которая была достаточно большой, чтобы ее можно было увидеть без микроскопа. Это крупный прорыв в нашей способности манипулировать квантовыми свойствами систем.

Передовая физика — это точность и высокое качество измерений, и действительно впечатляет видеть, на что способно человечество. Невероятные измерения получены с помощью LIGO, обсерватории гравитационных волн.

Чтобы уловить эти крошечные изменения гравитационных волн, создаваемых в пространстве-времени, системе требуется невероятная точность. Чтобы обнаружить эти крошечные различия, используются лазеры и зеркала. Но есть и другие эффекты, которые необходимо учитывать. Это включает квантовые эффекты.

В 2020 году опубликовано пять невероятных исследований по физике

Исследователи измерили эти квантовые флуктуации. Зеркало весом 40 кг (88 фунтов) постоянно перемещается из-за этих колебаний в 1 миллиард миллиардов раз меньше, чем ваш ноготь большого пальца. Это может помочь улучшить наши детекторы гравитационных волн, но также покажет, насколько далеко могут зайти наши точные измерения.