כיצד פועל ריחוק קוונטי

כמה סרטונים באינטרנט מראים משהו שנקרא "ריחוף קוונטי". מה זה? איך זה עובד? האם נוכל לקבל מכוניות מעופפות?

ריחף קוונטי כפי שהוא מכונה הוא תהליך בו מדענים משתמשים בתכונות של פיזיקה קוונטית לרחף חפץ (ספציפית, א מוליך-על) מעל ל מקור מגנטי (במיוחד מסלול ריחף קוונטי המיועד למטרה זו).

הסיבה שזה עובד זה משהו שנקרא אפקט מייסנר ושטף מגנטי. אפקט מייסנר מכתיב שמוליך-על בשדה מגנטי יגרש תמיד את השדה המגנטי שבתוכו, וכך יכופף את השדה המגנטי סביבו. הבעיה היא עניין של שיווי משקל. אם אתה פשוט מניח מוליך על גבי מגנט, אז המוליך היה פשוט צף החוצה המגנט, כמו לנסות לאזן שני קטבים מגנטיים דרומיים של מגנטים לסורגים כנגד כל אחד מהם אחר.

תהליך ריחוף הקוונטים הופך למסקרן בהרבה בתהליך הצמדת שטף, או נעילת קוונטים, כפי שתואר על ידי קבוצת מוליכי העל באוניברסיטת תל אביב באופן זה:

מוליכות-על ושדה מגנטי [sic] לא אוהבים זה את זה. במידת האפשר, מוליך העל יגרש את כל השדה המגנטי מבפנים. זה אפקט מייסנר. במקרה שלנו, מכיוון שמוליך העל דק במיוחד, השדה המגנטי DOES חודר. עם זאת, זה עושה זאת בכמויות נפרדות (זהו פיזיקה קוונטית

בואו נחשוב מה באמת מוליך-על: זה חומר שבו אלקטרונים מסוגלים לזרום בקלות רבה. אלקטרונים זורמים במוליכי-על ללא התנגדות, כך שכאשר שדות מגנטיים מתקרבים ל- a מוליך העל חומר, מוליך העל יוצר זרמים קטנים על פני השטח שלו ומבטל את הנכנסים שדה מגנטי. התוצאה היא שעוצמת השדה המגנטי בפנים של מוליך העל היא אפסית. אם מיפית את קווי השדה המגנטי נטו זה היה מראה שהם מתכופפים סביב האובייקט.

אבל איך זה גורם לו לרחף?

כאשר מוליך-על מונח על מסילה מגנטית, ההשפעה היא שמוליך-העל נשאר מעל המסילה, בעיקרו נדחף על ידי השדה המגנטי החזק ממש ליד המסילה משטח. יש גבול עד כמה רחוק מעל המסילה ניתן לדחוק, כמובן, מכיוון שכוח הדחייה המגנטית צריך לסתור את כוחו של כוח משיכה.

דיסק של מוליך-על מסוג I, ידגים את אפקט מייסנר בגרסתו הקיצונית ביותר, מה שמכונה "יהלום מושלם" ולא יכיל שדות מגנטיים בתוך השטח חומר. זה ימיס, מכיוון שהוא מנסה להימנע מכל מגע עם השדה המגנטי. הבעיה עם זה היא שהריחוף אינו יציב. האובייקט המרחף בדרך כלל לא יישאר על מקומו. (אותו תהליך הצליח לרחף מוליכי-על בתוך מגנט עופרת קעור בצורת קערה, שבו המגנטיות דוחפת באופן שווה מכל הצדדים.)

כדי להיות שימושי, הריחוף צריך להיות קצת יותר יציב. כאן נכנס לתמונה נעילת קוונטים.

אחד מרכיבי המפתח בתהליך הנעילה הקוונטית הוא קיומם של צינורות השטף הללו, המכונים "מערבולת". אם מוליך-על דק מאוד, או אם מוליך-העל הוא מוליך-על מסוג II, זה עולה למוליך-על פחות אנרגיה כדי לאפשר לחלק מהשדה המגנטי לחדור למוליך-העל. בגלל זה מערבולות השטף נוצרות באזורים שבהם השדה המגנטי מסוגל, למעשה, "להחליק" את מוליך העל.

במקרה שתואר על ידי צוות תל אביב לעיל, הם הצליחו לגדל סרט קרמי דק מיוחד על פני השטח של רקיק. כשהוא מקורר, חומר קרמי זה הוא מוליך-על מסוג II. מכיוון שהוא כה דק, היהלומנטיזם שהוצג אינו מושלם... המאפשרת ליצור מערבולות שטף אלה העוברות בחומר.

מערבולות שטף יכולות להיווצר גם במוליכי-על מסוג II, גם אם חומר מוליך-העל אינו כה דק. ניתן לעצב את מוליך העל מסוג II בכדי לשפר את האפקט הזה, המכונה "הצמדת שטף משופרת."

כאשר השדה חודר למוליך העל בצורה של צינור שטף, הוא בעצם מכבה את מוליך העל באזור הצר ההוא. דמיינו כל צינור כאזור זעיר שאינו מוליך-על באמצע מוליך-העל. אם מוליך העל זז, מערבולות השטף יזוזו. זכור שני דברים, עם זאת:

1. מערבולות השטף הן שדות מגנטיים
2. מוליך העל ייצר זרמים נגד שדות מגנטיים (כלומר אפקט מייסנר)

חומר המוליך העל עצמו ייצר כוח לעכב כל סוג של תנועה ביחס לשדה המגנטי. אם תטה את מוליך העל, למשל, "תנעל" או "תלכוד" אותו למצב זה. זה יעבור מסלול שלם עם אותה זווית הטיה. תהליך זה של נועל את מוליך העל במקומו על ידי גובה וכיוון כיוון שמפחית את כל הנדנדה הלא רצויה (והיא גם מרשימה חזותית, כפי שמוצג על ידי אוניברסיטת תל אביב.)

אתה מסוגל לכוון מחדש את מוליך העל בשדה המגנטי מכיוון שהיד שלך יכולה להפעיל הרבה יותר כוח ואנרגיה ממה שהשדה מפעיל.

התהליך של ריחוף קוונטי שתואר לעיל מבוסס על דחיה מגנטית, אך ישנן שיטות אחרות של ריחף קוונטי שהוצעו, כולל כאלה המבוססות על אפקט קזמיר. שוב, זה כרוך במניפולציה סקרנית של התכונות האלקטרומגנטיות של החומר, כך שנשאר לראות עד כמה זה פרקטי.

למרבה הצער, העוצמה הנוכחית של השפעה זו היא כזו שלא נצטרך לטוס מכוניות זמן רב. כמו כן, זה עובד רק מעל שדה מגנטי חזק, כלומר היינו צריכים לבנות דרכי מסלול מגנטיות חדשות. עם זאת, יש כבר רכבות ריחוף מגנטיות באסיה המשתמשות בתהליך זה, בנוסף לרכבות ריחוף אלקטרומגנטיות מסורתיות יותר (מגלב).

יישום שימושי נוסף הוא יצירת מסבים חסרי חיכוך באמת. המסוב יוכל להסתובב, אך הוא יושעה ללא מגע פיזי ישיר עם הדיור שמסביב כך שלא יהיה חיכוך. בוודאי שיהיו כמה יישומים תעשייתיים לכך ואנחנו נפקוח את העיניים כאשר הם יגיעו לחדשות.

בעוד שהסרטון הראשוני של יוטיוב שיחק הרבה בטלוויזיה, אחת ההופעות הקדומות ביותר של התרבות הפופולרית של ריחוף קוונטי אמיתי הייתה בפרק של 9 בנובמבר בסרטו של סטיבן קולבר דו"ח קולברט, מופע פונדט סאטירי מרכזי של קומדיה. קולבר הביא את המדען ד"ר מתיו סי. סאליבן מהמחלקה לפיזיקה של מכללת איתקה. קולבר הסביר לקהל שלו את המדע שמאחורי ריחף קוונטי בדרך זו:

כפי שאני בטוח שאתה יודע, ריחוף קוונטי מתייחס לתופעה לפיה קווי השטף המגנטיים הזורמים במוליך-על מסוג II מוצמדים במקומם למרות הכוחות האלקטרומגנטיים הפועלים עליהם. למדתי את זה מבפנים של כובע סנאפל. לאחר מכן הוא המשיך לרחף כוס מיני מהטעם של גלידת Americone Dream של סטיבן קולבר. הוא הצליח לעשות זאת מכיוון שהניחו דיסק מוליך-על בקרקעית כוס הגלידה. (סליחה לוותר על רוח הרפאים, קולברט. תודה לד"ר סאליבן שדיבר איתנו על המדע שמאחורי מאמר זה!)