Σάββατο, 10 Μαρτίου 2018

Λύθηκε το μυστήριο της σφαιρικής αστραπής;


Το φαινόμενο της σφαιρικής αστραπής (ball lightning) παρατηρείται εδώ και αιώνες, ωστόσο αποτελούσε πάντα μυστήριο για τους επιστήμονες. Αυτό ενδεχομένως να αλλάζει χάρη στη δουλειά επιστημόνων του Amherst College και του Aalto University, που κατάφεραν να δημιουργήσουν, για πρώτη φορά, ένα τρισδιάστατο «skyrmion» εντός κβαντικού αερίου. Το «skyrmion» είχε προβλεφθεί σε θεωρητικό επίπεδο πριν από 40 χρόνια, αλλά είναι η πρώτη φορά που παρατηρείται πειραματικά.
Μέσα σε εξαιρετικά αραιό και ψυχρό κβαντικό αέριο, οι επιστήμονες κατάφεραν να δημιουργήσουν «κόμπους» που αποτελούνται από τις μαγνητικές «στιγμές», ή spins, των ατόμων- συστατικών. Οι «κόμποι» αυτοί παρουσιάζουν πολλά από τα χαρακτηριστικά της σφαιρικής αστραπής, που κάποιοι επιστήμονες θεωρούν πως αποτελείται από μπλεγμένες ροές ηλεκτρικών ρευμάτων. Η ύπαρξη τέτοιων «κόμπων» θα μπορούσε να αποτελεί τον λόγο που η σφαιρική αστραπή- στην ουσία μια μπάλα πλάσματος- μπορεί να διαρκεί πολύ περισσότερο από μια «κανονική» αστραπή. Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέους τρόπους συντήρησης/ διατήρησης πλάσματος σε σταθερή μορφή σε μελλοντικούς αντιδραστήρες σύντηξης.


«Είναι αξιοσημείωτο που μπορέσαμε να δημιουργήσουμε τον συνθετικό ηλεκτρομαγνητικό κόμπο, μια κβαντική σφαιρική αστραπή- στην ουσία με μόλις δύο ηλεκτρικά ρεύματα τα οποία κυκλοφορούν αντίστροφα. Οπότε, ίσως είανι δυνατόν μια φυσική σφαιρική αστραπή να προκύπτει σε μια φυσιολογική αστραπή» λέει ο Dr. Μίκο Μοτόνεν, επικεφαλής της θεωρητικής έρευνας στο Aalto University.


Τα δυναμικά χαρακτηριστικά του κβαντικού αερίου αντιστοιχούν σε αυτά ενός φορτισμένου σωματιδίου που αντιδρά στα ηλεκτρομαγνητικά πεδία μιας σφαιρικής καταιγίδας. «Το κβαντικό αέριο ψύχεται σε πολύ χαμηλή θερμοκρασία, όπου σχηματίζει συμπύκνωμα Μπόζε- Αϊνστάν: Όλα τα άτομα στο αέριο καταλήγουν σε κατάσταση ελάχιστης ενέργειας. Σε αυτή την κατάσταση δεν συμπεριφέρεται ως συνηθισμένο αέριο πια, αλλά σαν ένα μεμονωμένο, γιγαντιαίο άτομο» εξηγεί ο καθηγητής Ντέιβιντ Χολ, επικεφαλής του πειράματος στο Amherst College.


Ένα skyrmion δημιουργείται πρώτα μέσω της πόλωσης του spin του κάθε ατόμου έτσι ώστε να «δείχνει» προς τα επάνω, σε ένα εφαρμοσμένο φυσικό μαγνητικό πεδίο. Μετά το εφαρμοσμένο πεδίο αλλάζει απότομα με τέτοιον τρόπο που εμφανίζεται στη μέση του συμπυκνώματος ένα σημείο όπου το πεδίο εξαφανίζεται. Στη συνέχεια, τα spin των ατόμων αρχίζουν να περιστρέφονται στη νέα κατεύθυνση του εφαρμοσμένου πεδίου στις αντίστοιχες τοποθεσίες τους. Από τη στιγμή που το μαγνητικό πεδίο «βλέπει» προς όλες τις δυνατές κατευθύνσεις κοντά στο «σημείο μηδέν», τα spins σχηματίζουν έναν «κόμπο». Αυτή η δομή κόμπου του skyrmion αποτελείται από συνδεδεμένες «κουλούρες», στην καθεμία από τις οποίες όλα τα spins «δείχνουν» προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Ο κόμπος αυτός μπορεί να χαλαρώσει ή να μετακινηθεί, αλλά δεν λύνεται.
Αν η κατεύθυνση του spin αλλάζει στον χώρο, η ταχύτητα του συμπυκνώματος ανταποκρίνεται, όπως θα συνέβαινε για ένα φορτισμένο σωματίδιο σε ένα μαγνητικό πεδίο. Η δομή αυτή δημιουργεί ένα τεχνητό μαγνητικό πεδίο, το οποίο αντιστοιχεί πλήρως στο μαγνητικό πεδίο ενός μοντέλο σφαιρικής αστραπής.
«Χρειάζονται περισσότερες έρευνες για να ξέρουμε εάν είναι ή όχι δυνατόν να δημιουργήσουμε μια αληθινή σφαιρική αστραπή με τέτοια μέθοδο. Περαιτέρω μελέτες θα οδηγούσαν στην εύρεση μιας λύσης για να κρατείται το πλάσμα μαζί αποτελεσματικά και να ανοίξει έτσι ο δρόμος για πιο σταθερούς αντιδραστήρες σύντηξης» λέει ο Μοτόνεν.
Δημοσίευση σχολίου

Άλλα θέματα

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...