Kako smanjiti udarne valove u eksperimentima s kvantnim snopom

Prof. Mladen Pavicic, Predavanja iz fizike, 2014-9-2, Sveuciliste u Zagrebu (Lipanj 2019).

Anonim

Mali "konusni" skremeri upotrijebljeni u pokusima koji traže egzotične kemijske kvantne pojave slični su mehanizmima usisavanja zrakoplovnih motora i obavljaju slične funkcije: svaka usmjerava protok plina - unos motora kontrolira isporuku zraka za gorenje goriva, a "skimmer" stvara grede hladnih atoma lete ili molekula. Dok su skimmeri bili neophodni sastojci u pokusima atomske i molekularne zrake desetljećima, također je poznato da nameću temeljno ograničenje broja čestica koje se mogu pakirati u zraku. Međutim, prof. Edvardas Narevicius i njegov tim u Weizmannovom institutu za kemijsku fiziku Instituta znanosti sada su otkrili jednostavan način prevladavanja tog ograničenja.

Eksperimenti s hladnim snopom provode se u laboratorijima širom svijeta kako bi promatrali da atomi i molekule ponašaju kvantno - kao što su, na primjer, valovi koji se međusobno miješaju. Dodavanje greda zajedno, kao što Narevicius i njegova grupa rade u svom laboratoriju, stvaraju nove i zanimljive kemijske reakcije.

Narevicius objašnjava da je ekstremno hlađenje potrebno za takve eksperimente - blizu apsolutne nula - postiže raspršivanjem plina atoma ili molekula kroz malu mlaznicu u vakuumsku komoru, od visokog tlaka do gotovo nitko. Atomi u eksperimentu raširili su se, stvarajući vrlo hladan oblak atoma koji se kreću vrlo brzo. Skimmeri se koriste za usmjeravanje nekih od tih atoma u gredu. "Netko bi pomislio", kaže Narevicius, "da ako se plin u spremniku nalazi pod većim pritiskom, a time i više atoma odjednom u vakuum komoru, rezultirajuća zraka bi imala veću gustoću, ali to nije slučaj Istraživači nisu znali kako prevladati ovo ograničenje, postavljajući mnoge zanimljive pokuse izvan dosega. "

"Ovo je savršen problem za moj učenik, Yair Segev", dodaje Narevicius. Segev je došao na institut Weizmann s ekspertizom u zrakoplovnoj tehnologiji i fizici. Počevši od algoritma koji koriste inženjeri zrakoplovstva za modeliranje tijeka visokih u atmosferi, on je stvorio simulacije protoka čestica u skimmerima. Ove simulacije otkrile su postojanje udarnih valova unutar konusa koji su blokirali daljnji tok čestica u zraku. Taj se fenomen pojavljuje iz interakcija između čestica zrake i konusa: čestice se odbijaju od skimmera pri velikim brzinama, sudaraju se i ometaju protok zraka. Visoke reflektirane brzine proizlaze iz "vruće" (tj. Sobne temperature) površine skimmera, tako da je Segev pokušao simulaciju sa hladnim skimmerima. Rezultati su pokazali značajno smanjenje udarnih valova, kao i mnogo gustijih greda iza njih.

Zatim je tim proveo eksperimente s različitim molekularnim snopovima, hlađenje njihovih skimera na postupno snižavanje temperature. Provođenje testova s ​​neonima i drugim vrstama fluorescirajuće plazme omogućilo im je da jasno promatraju šarene rezultate. Istraživači su otkrili da je oblik šok valova znatno promijenjen, a gustoća greda je doista porasla s hlađenjem skimmera, kada je temperatura bila ispod nekih desetaka stupnjeva iznad apsolutne nule - dovoljno hladna da zamrzne atome do vrha konusa i tako dopustiti da ostatak proti kroz "bez da se osjeća bilo kakav poremećaj iz skimmer", kaže Narevicius.

"Šokovi u i oko skimera pokazuju da su slični onima koje letjelica doživljava kada prelazi granicu između vakuuma prostora i gornje atmosfere", kaže Segev. "U oba slučaja, suzbijanje prenesenog topline između površine i plina može drastično promijeniti oblik protoka. U svemirskoj letjelici želimo zadržati atmosferu od zagrijavanja ljuske, dok u našim eksperimentima želimo spriječiti grijanje skimmera gore naše hladno grede. "

menu
menu