Nové zařízení vytváří kvazičástice se „zápornou hmotností“  
Kvazičástice, které se chovají jako by měly zápornou hmotnost, potěší fyziky. A mohly by přispět k vývoji nových typů laserů, které budou extrémně nenáročné na energii.

Zařízení pro výrobu částic se zápornou hmotností. Kredit: Michael Osadciw/University of Rochester.
Zařízení pro výrobu částic se zápornou hmotností. Kredit: Michael Osadciw/University of Rochester.

Když na většinu objektů v tomto světě působí nějaká relevantní síla, tak se zachovají velmi spořádaně a pohybují se ve směru působení takové síly. Výjimkou jsou ovšem objekty nebo částice, které mají hmotnost se záporným znaménkem anebo jim jsou podobné. V takovém případě se chovají opačně, než by velel selský rozum. Fyzici si s takovými objekty rádi hrají, respektive s modely, které simulují jejich vlastnosti, jak by řekli puntičkáři.

 

Nick Vamivakas. Kredit: University of Rochester.
Nick Vamivakas. Kredit: University of Rochester.

Zní to dost bláznivě. Není to ale ani rok, co jsme na OSLU psali o výzkumu Washingtonské Státní univerzity (WSU), kde experimentálně vytvořili model hmoty, která jako by měla zápornou hmotnost, chlazením atomů rubidia pomocí laserů.

 

Teď se hmota se „zápornou hmotností“ znovu objevuje na scéně, díky týmu Rochesterské univerzity. Vyvinuli zařízení s polovodičem o tloušťce jediné vrstvy atomů a optickým mikrorezonátorem (optical microcavity), které vyrábí kvazičástice, které na své okolí působí, jako by měly zápornou hmotnost. Podle vedoucího výzkumu Nicka Vamivakase jde o zajímavý úspěch, který by mohl mít vzrušující důsledky. Kromě samotné výroby takových kvazičástic zařízení také nabízí postup, jak generovat laserový paprsek při extrémně nízkém množství dodané energie. Studii Vamikasova týmu zveřejnil časopis Nature Physics.


University of Rochester.
University of Rochester.

Zařízení tvoří dvě zrcadla, která jsou umístěna velmi blízko sebe a vytvářejí optický mikrorezonátor. V mikrorezonátoru je polovodič z jedné vrstvy atomů vytvořený ze selenidu molybdeničitého (MoSe2). Vamivakas s kolegy umístili polovodič tak, že když se setká se světlem v mikrorezonátoru, tak se jeho excitony, kvazičástice představující vázaný stav elektronu a kladně nabité díry, kombinují s fotony a vytvářejí kvazičástice zvané polaritony.

 

Podle Vamivakase se během tohoto procesu exciton vzdává části své „identity“ ve prospěch fotonu a v důsledku toho vznikají polaritony, které se svému okolí jeví tak, jako by měly hmotnost se záporným znaménkem. O něco podobného se snaží více vědeckých týmů. Vamikasův tým to jako první dotáhl dokonce a mají k dispozici zařízení, které funguje.


Výzkum ale samozřejmě nekončí, naopak. Teprve teď to začne být doopravdy zajímavé. Podle Vamivakase by podobné zařízení mohlo sloužit ke konstrukci laserů úplně nového typu. Pokud se to podaří, tak by takové lasery spotřebovaly jen zlomek energie oproti tradičním laserům. A fyzici si také jistě rádi zaexperimentují s modely exotické hmoty se záporným znaménkem.

Video:  Optically Levitated, Glowing Diamonds for Nanoscale Research


Literatura

University of Rochester 3. 1. 2018, Nature Physics online 30. 10. 2017.

Datum: 15.01.2018
Tisk článku

Černé světlo - May Peter
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 299 Kč
cena: 296 Kč
Černé světlo
May Peter
Související články:

Nanomotory přímo poháněné světlem     Autor: Dagmar Gregorová (10.07.2010)
Plazmonové krystaly rozzáří LED diody     Autor: Dagmar Gregorová (29.09.2011)
Sci-fi v přímém přenosu: Fyzici vytvořili hmotu se zápornou hmotností     Autor: Stanislav Mihulka (23.04.2017)



Diskuze:

No prosím, problém vyřešen

Vlastislav Mach,2018-01-16 23:25:29

Už to vidím. V 19. století vznikaly sci-fi představy o budoucí technice a světě. Pro mě tento výzkum znamená vyřešení problémů letů do hlubokého vesmíru. S minimálním vynaložením energie na výrobu laserového paprsku pro odtlačení megatunové kosmické lodi vybavené i příslušnou náloží hmoty se zápornou hmotností, takže by koráb byl vlastně nepatrně těžký, by se dalo krásně cestovat. Protože by při narůstající hmotnosti při zvyšování rychlosti narůstala i hmotnost té části lodi, která by byla z hmoty se zápornou hmotností, a čas by se zpomaloval, by vlastně dovolené na jiné exoplanetě byly běžnou věcí. No paráda.

Odpovědět


Re: No prosím, problém vyřešen

Václav Dvořák,2018-01-17 22:39:36

Takže v podstatě jiný způsob cestování "červí dírou", loď nebude mít hmotnost protože se obě polarity odečtou. Takže se během pohybu bude nacházet v jiné realitě jakoby oddělená od zbytku vesmíru. Celkově jsem zvědav co z tohoto nápadu vznikne za takových 30, 50 let...

Apropos pro mně pokud má něco zápornou hmotnost, znamená že je to nadnášeno, takže unášeno proti směru gravitace. Proto jsem psal v komentáři níže o antigravitaci. Celkově je to přitaženo za vlasy, ale prostě věřím, že nějaká cesta ke kýženému cíli se v budoucnosti najde (náhrada chemického pohonu a klasických motorů všeho druhu).

Odpovědět

Antigravitace

Václav Dvořák,2018-01-16 21:24:16

co třeba počátek výzkumu antigravitačního generátoru?

Existuje vůbec na takové chování částic nějaká teorie?

Odpovědět


Re: Antigravitace

Pavel Hudecek,2018-01-17 00:46:59

No, teorie existuje: Běžná mechanika s tím nemá problém. Prostě do vzorců za m dosadíte záporné číslo a je hotovo. Zda se tato teorie shoduje s praxí u kvazičástic, se asi brzy dozvíme.

Druhá věc je, zda z toho bude někdy nějaké praktické využití.

- Jsou to kvazičástice, takže navenek bude mít celé zařízení úplně normální kladnou hmotnost, i kdyby těch kvazičástic uvnitř bylo sebevíc.

- Takže jedině úspora energie u laserů. Jenže ani tam to nebudou žádné zázraky. Je sice super, že se tím dá třeba 50x zlepšit účinnost malinkatého laseru, takže na výkon 0,1 mW světla nebude potřebovat 10, ale třeba jen 0,2 mW elektřiny, ale to prakticky k ničemu není. Jediné bateriové zařízení s tak malým laserem je CD přehrávač a tam nejvíc žere motor. A u velkých výkonů bývají účinnosti celkem dobré (desítky %), navíc není moc reálné, že by se z jednoatomové vrstvy nějak udělalo třeba 100 W. Ale kdo ví, třeba to nějak půjde.

Odpovědět


Re: Re: Antigravitace

Pavel Foltán,2018-01-17 05:14:12

A co třeba takoví nanoboti – tím minimikropiko lejzrem upečou rakovinu.
http://zoommagazin.iprima.cz/veda/novi-nanoboti-zvladnou-hledat-nicit-rakovinove-nadory

Odpovědět


Re: Re: Re: Antigravitace

Pavel Hudecek,2018-01-18 01:09:11

Bohužel optika má takovou nectnost, že čím je menší, tím rozbíhavější světlo produkuje. Takže takovej mikropiko laser se neobejde bez makro čočky, která jeho světlo zas soustředí. Nakonec tedy vychází jednodušeji (i vzhledem k poněkud kalnému prostředí tělních tekutin), do cílové buňky zabodnout elektrody a pustit proud.

Na druhou stranu, je otázka, zda by takový nanorobot v sobě nemohl mít ten pidilaser pro analytické účely, aby poznal, jestli má/nemá do buňky, které se právě dotknul, vrazit elektrody.

Odpovědět


Re: Re: Antigravitace

Marek Fucila,2018-01-17 13:56:20

Sú tie kvázičastice niečo ako kyvadlo/pružina, že pôsobia proti smeru vonkajšej sily, ale len preto, že sú niekde ukotvené a vo voľnom priestore sa už tak nechovajú?

Odpovědět


Re: Re: Re: Antigravitace

Pavel Hudecek,2018-01-18 01:02:58

Vtipné je, že jsou to vlastně kvazičástice na druhou, protože jedna z jejich složek je díra, tedy místo v krystalové mřížce, kde chybí elektron:-)

Je jasné, že něco takového ve volném prostoru nejde.

A navíc se obávám, že to chování "jako objekt se zápornou hmotností", je vázané nejen na krystalovou mřížku, ale dokonce jen na její 2D verzi. Ostatně i samotné elektrony se ve 2D strukturách chovají dost exoticky. Mám za to, že i tady na Oslu už toho o nich bylo více.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Antigravitace

Josef Novák,2018-01-19 02:00:12

Něco takového ve volném prostoru nejde, to je přece jasné. Stejně tak je zřejmé, že rychlost osobní dopravy nemůže překročit 35km/hod. Důkaz: Rumburk-Varnsdorf (10km), nejrychlejší vlak 31minut, tj. cca 20km/h. Na fakt, že se jedná v podstatě o cestu "z díry do díry", by vědci měli upřít pozornost. Mohl by se na to poskytnout i nějaký ten grant. A další grant pro výzkum paradoxu, totiž že autem to jde za 8 minut. A, proč troškařit, třetí grant pro výzkum souvislosti tohoto rozporu se známým rozporem mezi relativitou a kvantovou mechanikou.

Věda o kvazičásticích, tj. částicích, které jsou všude jinde, jen ne tam, kde se zdají být, opět krásně potvrzuje život a dílo přisluhovači ztrouchnivělého mocnářství (třetí říše, RVHP, EU, jak komu libo) neuznaného Největšho Čecha a velikána světové vědy, kultury, sportu, medicíny, filosofie a neúspěchnu. V tomto případě se jedná o potvrzení jeho teorie externismu.
http://www.phil.muni.cz/fil/texty/externismus.html

Kdy už konečně Světová organizace duševního vlastnictví přizná, že c v kolečku není žádný copyright, ale že jde o skromnou autorskou značku českého giganta?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Antigravitace

Marek Fucila,2018-01-21 01:59:50

Jára © nemá chybu. :-)

Odpovědět


Re: Antigravitace

Jiří Nechápal,2018-01-17 12:55:47

Axiom matematiky,def.prvku,kde jich je kolik, množina, přirozené číslo, přirozené operace + -. Něk-teré definice chápou i zvířata: ptáci, hnízdo, vejce. A pak dvounožec mozkový pracuje se symboly
a imperialisticky rozšiřuje vládu symbolu. A máme záporná celá čísla. Protože nelze narušovat při-
rozené procesy v hnízdě, máme statistickou teorii, dobře souhlasící s pozorováním z dálky. Zavedeme princip nerozlišitelnosti ptáků a stavovou funkci. A stane se, pečlivý pozorovatel zjistí (nějakým
fíglem), že počet vajec v hnízdě po odletu ptáka je o 1 menší. Že je to jiný druh, který vejce odnesl, nezjistíme (princip nerozlišitelnosti) a stavová funkce předvídá, že vejce by mělo spíše
být sneseno. A tak jsme objevili, že ptáci mohou (vzácně) snášet i záporná vejce. Tedy někteří ze
stejných.

Odpovědět

black light

Bluke .,2018-01-16 10:05:17

mám taký laser doma ked ho spustím absorbuje všetky fotóny čo mu stoja v ceste, je rýchlejší ako svetlo a pomalší ako tma. s toho usudzujem keď zatvorím skriňu tak uzavreté svetlo pohltila tma rýchlejsšie ako by stihlo svetlo uniknúť. Aj čierne diery existujú na podobnom princípe , sú to vlastne take čierne skrine.

ps: tie huby s vajcom na ranajky nebol dobrý napad ....

:o)

Odpovědět

..

Jan Balaban,2018-01-16 06:46:02

Vrcholom by bol laser s čiernym svetlom.

Odpovědět


Re: ..

Jan Poslušný,2018-01-29 23:05:13

Ano. Generoval by nightony, česky též tmiony.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace