EN

Vedci pozorovali gravitačnú anomáliu na Zemi

Moderná fyzika nás navykla na podivné a protiintuitívne predstavy reality - najmä kvantová fyzika, ktorá je známa tým, že necháva fyzické objekty v podivných stavoch superpozície. Napríklad Schrödingerova mačka, ktorá sa nedokáže rozhodnúť, či je mŕtva alebo živá. Niekedy je však kvantová mechanika rozhodnejšia a dokonca i deštruktívna.


Profesor Dr. Karl Landsteiner, strunový teoretik na Instituto de Fisica Teorica UAM / CSIC a spoluautor práce urobil tento diagram, aby vysvetlil objav.

Symetria sú svätým grálom pre fyzikov. Symetria znamená, že človek môže transformovať objekt určitým spôsobom, ktorý ho necháva nezmenený. Kruhová guľa môže byť napríklad otočená o ľubovoľný uhol, ale vždy vyzerá rovnako. Fyzici hovoria, že je pri rotáciách symetrická. Akonáhle sa zistí symetria fyzikálneho systému, je často možné predpovedať jeho dynamiku. Niekedy však zákony kvantovej mechaniky zničia symetriu, ktorá by mohla pokojne existovať vo svete bez kvantovej mechaniky, teda v klasických systémov. Dokonca aj pre fyzikov to vyzerá tak zvláštne, že tento fenomén nazvali "anomáliou". Počas väčšiny svojej histórie boli tieto kvantové anomálie obmedzené na svet fyziky elementárnych častíc skúmaný v obrovských urýchľovacích laboratóriách, ako je Large Hadron Collider v CERNe vo Švajčiarsku.

Teraz nám však nový typ materiálov, takzvané Weylové polokovy (Weyl semimetals), podobne ako 3D grafén, umožňujú pozorovať anomáliu , ktorá ničí symetriu, v každodenných javoch, ako je vytváranie elektrického prúdu. V týchto exotických materiáloch sa elektróny správajú rovnakým spôsobom ako elementárne častice, ktoré sú študované v urýchľovačoch. Tieto častice majú zvláštnu vlastnosť, že nemôžu ostať v pokoji - musia sa stále pohybovať s konštantnou rýchlosťou. Majú tiež inú vlastnosť nazývanú spin. Je ako malý magnet pripojený k časticiam a vyskytuje sa v dvoch druhoch. Spin môže smerovať alebo v smere pohybu, alebo v opačnom smere.

Vedci pozorujú gravitačnú anomáliu na Zemi

Keď hovoríme o časticiach pravej a ľavej ruky, nazývame túto vlastnosť chiralita. Normálne by dva rôzne druhy častíc, identické s výnimkou chirality (handedness), mali byť spojené s oddelenými symetriami pripojenými k nim a ich počty by boli samostatne zachovávané. Avšak kvantová anomália môže zničiť ich mierové spolužitie a zmeniť ľavostrannú časticu na pravostrannú alebo naopak.

Ako sa píše v článku zverejnenom v magazíne Nature, medzinárodný tím fyzikov, materiálových vedcov a strunových teoretikov pozoroval takýto materiál, účinok najexotickejšej kvantovej anomálie, o ktorej sa doteraz myslelo, že sa spúšťa len zakrivením časopriestoru ako je opísané v Einsteinovej teórii relativity. Ale na prekvapenie tímu zistili, že existuje aj na Zemi vo vlastnostiach materiálov popísaných fyzikou pevných látok, na ktorých je založená veľká časť počítačového priemyslu, od malých tranzistorov až po cloudové dátové centrá. "Po prvýkrát sme na Zemi experimentálne pozorovali túto základnú kvantovú anomáliu, ktorá je mimoriadne dôležitá pre naše pochopenie vesmíru," povedal Dr. Johannes Gooth, vedecký pracovník spoločnosti IBM Research a hlavný autor práce. "Teraz môžeme vytvoriť nové zariadenia z tuhých látok založené na tejto anomálii, ktorá sa nikdy predtým nebrala do úvahy, aby potenciálne obišli niektoré problémy spojené s klasickými elektronickými zariadeniami, akými sú tranzistory."

Nové výpočty, ktoré čiastočne využívajú metódy teórie strún, ukázali, že táto gravitačná anomália je tiež zodpovedná za vytváranie prúdu, ak sa materiál zahrieva súčasne s jeho vložením do magnetického poľa. "Toto je neuveriteľne vzrušujúci objav. Jasne môžeme konštatovať, že rovnaké porušenie symetrie možno pozorovať v každom fyzickom systéme, či už sa to stalo na začiatku vesmíru alebo sa deje dnes, práve tu na Zemi," povedal profesor Dr. Karl Landsteiner, Instituto de Fisica Teorica UAM / CSIC a spoluautor článku. Vedci IBM predpovedajú, že tento objav spustí novú vývojovú horúčku okolo senzorov, prepínačov a termoelektrických chladičov alebo zariadení na zber energie na zlepšenie spotreby energie.

Článok: Experimental signatures of the mixed axial-gravitational anomaly in the Weyl semimetal NbP, Johannes GoothAnna C. NiemannTobias MengAdolfo G. GrushinKarl LandsteinerBernd GotsmannFabian MengesMarcus SchmidtChandra ShekharVicky SüßRuben HühneBernd RellinghausClaudia FelserBinghai Yan, Kornelius NielschDOI: 10.1038/nature23005

Zdroj: www.ibm.com

 

Komentáre (8)
Pjetro de
mimochodom preklopenie 3D objektu z laveho na pravy (alebo opacne) sa da v 4.dimenzii - proste "vziat" lavu rukavicu alebo topanku do 4D priestoru, tam to otocit v 4. dimenzii a potom "vratit" naspat do 3D priestoru ABSOLUTNE TU ISTU rukavicu alebo topanku, ale uz ako pravu a nie lavu (toto v 3D priestore nie je mozne urobit)
m2fizy
"Moderná fyzika nás navykla na podivné a protiintuitívne predstavy reality - najmä kvantová fyzika, ktorá je známa tým, že necháva fyzické objekty v podivných stavoch superpozície. Napríklad Schrödingerova mačka, ktorá sa nedokáže rozhodnúť, či je mŕtva alebo živá" Superpozicia ako pisete nieje to, ze sa "macka" nedokaze rozhodnut ci je alebo nieje mrtva/ziva ... ale to ze macka je ZAROVEN AJ ZIVA AJ MRTVA = superpozicia ... kedy "objekt" (subjekt, bit, ...) ma naraz tzv. "dva (pripadne aj viac) stavy" (superpoziciu) ... a teda macka je aj 0 aj 1 (a teda macka je v dannu chvilu aj mrtva a aj ziva). PS: ked nieco vysvetlujete skuste to povedat (vysvetlit) presne ... aby sa predislo naslednym "zmatkom" pri citani clanku neznalym "obyvatelstvom". PS2: Inak "objav" vyzera extremne zaujimavo ... uvidime ako sa to "transformuje" do praxe ... uz sa tesim na nove technologie (starym pomaly dochadza dych).
Pjetro de
ano kvantovo-mechanicke podivnosti platia vzdy a vsade v kazdom meritku, akurat s rastucim meritkom od mikrosveta do normalneho sveta klesa pravdopodobnost takych javov kvantovo-mechanicke podivnosti platia pre foton, elektron, cely atom, velku molekulu ci aj makromolekulu, dokonca boli pozorovane aj pre subor mnohych miliard molekul (t.j. taky "kusok hmoty" zlozeny z mnohych miliard molekul bol napr. raz "castica", inokedy "vlna" a vo vseobecnosti platili pren vsetky kvantovo-mechanicke podivnosti) kvantovo-mechanicke podivnosti platia aj pre objekty s hmotnostami radovo kg ci tony ci viac, ale pravdepodobnosti su extremne male a ani keby sme cakali googol rokov by sme sa nedockali ze clovek (radovo 10^2 kg) kvantovo-pretuneluje cez stenu, alebo sa bude vyskytovat na dvoch miestach naraz, tu a na Mesiaci
Pjetro de
preto schrodingorova macka nie je ziadny paradox, pretoze ked nieco zavisi od jedineho radioaktivneho atomu, ktoreho rozpad/nerozpad by sa zlozitou kaskadou (MATERIALNYCH) mechanizmov prenasal na giganticku makroskopicku ampulku s jedom zlozenu z radovo cca kvadriliona (10^24) atomov (mysli sa giganticku makroskopicku v porovnani s tym radioaktivnym atomom na pociatku), tak uz uplne na zaciatku tej cesty ked by sme boli este pri skale miliarda (10^9) atomov, by vlnova funkcia skolabovala so isteho konkretneho stavu s pravdopodobostou napr. 99,999 999 % , pri skale mikrometre a mikrogramy uz s pravdepodobnostou napr. 99,999 999 999 999 999 999 999 999 % a pri skale celej ampulky (radovo 1 cm a 1 gram) by vlnova funckia skolabovala s pravdepodobnostou napr. 99,999 ... (100 deviatok) ... 999 % ano stale je nesmierne prtava (cisto z matematickeho hladisla) nenulova pravdepodobnost, ze tomu tak nebude a macka bude ozaj v superpozicii ziva ci mrtva ... tu a potom pretunelovana na druhej strane steny ... tu a sucasne aj na Mesiaci a mozu pre nu platit vsetky podivnosti kvatoveho sveta ...................... ale ta pravdepodobnost je tak mala, ze prakticky je nulova, pretoze ani 1000-nasobok sucasneho veku vesmiru zdaleka nestaci na to, aby sme napr. tych 100 deviatok za des. ciarkou zredukovali na 60 deviatok (ako pravdepodobnost toho ze vlnova funkcia skolabuje) takze darmo pre jeden radiokativny atom krasne platia podivnosti kvantoveho sveta, pri prenasani sa MATERIALNOU (t.j. hmotnou) kaskadou na coraz vacsie struktury az na ampulku s jedom sa kvantova povivnost daaaaavno vytrati a macka bude bud ziva alebo mrtva
Pinokio35
Nerozumiem tomu. Vedci maju matematicke rovnice, ktore su len abstrakciou a podla nich chcu vysvetlit fungovanie vesmiru. Nemalo by to byt naopak??? Pretoze matematickych rovnic a teorii mate prakticky nekonecne mnozstvo a dalsie si mozete vymysliet, ale skutocne fungovanie vesmiru je len jedno jedine. Mali by viac skumat objektivnu realitu pozorovanim a potom na nu usit matematiku. Nie naopak..., PS: Ja som minule vyvinul tzv. teoriu macacich fuzov a predstavte si, rovnako ako teoria strun tiez nic realne nevysvetluje...:-)
Pjetro de
Historia vedy je plna oboch situacii: 1) ked sme robili prirodovedne pozorovania a experimenty, ale nemohli sme ich mocnym perom a papierom a rozumom uchopit, lebo nam chybal matematicky aparat, ktory bolo treba vymysliet, snad najziarivejsi priklad je giganticky kolosalny Newtonov/Leibnitzov objav/vymysel infinitezimalneho poctu v 17. storoci a vtedy defacto zacal novovek (napr. Maxwellove zjednotenie elektriny a magnetizmu v 60. rokoch 19. storocia len vyuziva infinitezimalny pocet objaveny/vymysleny dve storocia predtym a ktory bol zatial stale zdokonalovany) 2) historia je plna aj opacnych situacii, ked zrazu zistujeme, ze nejaka uz davno vymyslena matematicka teoria sa nam akosi sikne na popis toho a hentoho, napr. teoria grup je v podstate uplne vsade
RosaPalo
Akosi sa Vam pri preklade stratila zmienka o pionoch a gravitonoch : o ( An Experiment in  Zurich Brings Us Nearer  to a Black Hole’s Mysteries  @ NYTimes_Com ( 19 July 2017 By KENNETH CHANG )  = https://mobile.nytimes.com/2017/07/19/science/mixed-axial-gravitational-anomaly-weyl-semimetals-ibm.html The gravitational anomaly popped out from equations that describe how particles called pions moving at close to the speed of light could decay into gravitons, the fundamental particles that carry the force of gravity.  Usually, the laws of physics prohibit pions from falling apart in this way.  But under Einstein’s theory of general relativity, the curving of space-time can tip the balance to allow this decay to occur. ... Usually, in the decay of pions, the number of clockwise particles would exactly equal the number of counterclockwise particles.  But the anomaly resulting from the warping of space-time can flip a clockwise spin to counterclockwise, or vice versa, with more particles spinning in one direction than the other.  That then circumvents the prohibition, allowing pion-to-gravitons decay to occur.  But that is currently an impossible experiment. Physicists have yet to find a single graviton. .... "You can now suddenly use all these concepts in a tabletop experiment," Dr. Gooth said. Dr. Landsteiner said the movement of electrons in a semimetal is very much like the behavior of matter at the event horizon of a black hole, the region where the gravitational pull is so strong that not even light can escape. The anomaly leads to more electrons of one spin moving from the hot side to the cold side of the semimetal ribbon, generating an electric current, which the experiment measured. "To see this analogy work out is quite exciting," said Subir Sachdev, a theoretical physicist at Harvard who was not involved with the research. "It’s an important step. It’s a beautiful step."  + The semimetal results could, in turn, improve understanding of black holes, Dr. Landsteiner said. The experiment is also a success for string theory, or at least an offshoot (vyhonok) of the underlying (zakladnej) mathematics. By imagining particles as strings vibrating in 10 or more dimensions, physicists have been trying to tie (spojit, zviazat) gravity into the Standard Model, the laws of physics that describe the other forces in the universe. But such attempts at a grand unified explanation of fundamental physics have been maligned (sa stal zhubny) because they do not produce testable predictions. Here, Dr. Landsteiner said, some of the techniques that originated in string theory turned out to be useful for something different: to calculate the expected anomaly. "It puts string theory onto a firm basis as a tool for doing physics, real physics," he said. "It seems incredible even to me that all this works, falls all together and can be converted into something so down to earth as an electric current."  .
Omenemo
Keď čítam "vedci IBM", tak okamžite viem, že je to haluz. Niečo ako "sovietski vedci ..." za totality. Veď kto by si nepamätal napríklad josephsonove elementy, ktorými vedci IBM balamutili svet :) Za pravdu mi dáva aj fakt, že svet ovládli PC-čka, ktoré doslova pochovali všetky počítače - síce s nálepkou "IBM" - no pritom nie z konštrukčných dielní a vedeckých pracovníkov dobre živených vývojárov IBM (PC spáchali ľudia, ktorí mali úplne inú pracovnú náplň, pričom to bola tak zúfalo primitívna a nekvalitná konštrukcia, že šéf vývoja IBM by nepochybne dal okamžitého padáaka komukoľvek zo svojho gigantického teamu, ktorý by sa mu taký nedomyslený paškvil odvážil položiť na stôl - zrejme práve preto dobyla svet :) PS z kvantovú fyziku som mal svojho času absolvoval na výbornú (čo nebolo bežné, lebo to bola tzv. "inžinierska skúška" - rozhodovala o tom, kto pôjde tučne zarábať k lopate a kto bude živoriť s červeným diplomom :) ale tento článok vysoko prekročil môj horizont :( Dúfam, že ostatní čitatelia sú na tom lepšie ...
Pridať nový komentár
TOPlist