Πως από το "τίποτα" μπορούμε να δημιουργήσουμε έναν υπεραγωγό

Posted on 08/04/2011

0


Μπορεί το κενό να μετατραπεί σε υπεραγωγό; Ίσως, αν είχαμε έναν υπερ-ισχυρό μαγνήτη!

Ο Maxim Chernodub του Πανεπιστημίου της Τουρ στη Γαλλία, πιστεύει ότι ισχυρά μαγνητικά πεδία θα μπορούσαν να «αποσπάσουν» φορτισμένα σωματίδια από τον κενό χώρο και να τα αναγκάσoυν να κινούνται σαν ένα ρεύμα το οποίο δεν συναντά καμία αντίσταση.
Αυτή η φαινομενικά παράδοξη πρόταση είναι μια συνέπεια της αρχής της αβεβαιότητας της κβαντικής θεωρίας, σύμφωνα με την οποία δεν μπορούμε ποτέ να είμαστε βέβαιοι ότι ο κενός χώρος είναι πραγματικά άδειος. Αντίθετα, το κενό είναι γεμάτο από «εικονικά» σωματίδια , τα οποία εξαφανίζονται σχεδόν αμέσως μετά την εμφάνισή τους. Θα επιζούσαν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα αρκεί να μην παραβιαζόταν η αρχή διατήρησης της ενέργειας.
Αυτό ακριβώς συμβαίνει όταν φορτισμένα σωματίδια – που συμπεριφέρονται σαν μικροσκοπικοί μαγνήτες – εμφανιστούν από το κενό μέσα σε ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Τα σωματίδια περιστρέφονται με τρόπο ώστε, το δικό τους μαγνητικό πεδίο να ευθυγραμμίζεται με το εξωτερικό πεδίο, έτσι ώστε να μειώνεται η ολική ενέργεια. Εάν το πεδίο είναι αρκετά ισχυρό, τότε τα εικονικά σωματίδια μπορούν να γίνουν πραγματικά. «Μπορείτε να προσθέσετε πολλά σωματίδια χωρίς κόστος ενέργειας», λέει ο Chernodub.
Τέτοια σωματίδια που μοιράζονται όλα την ίδια κβαντική κατάσταση και σχηματίζουν αυτό που είναι γνωστό σαν συμπύκνωμα, ρέουν όλα μαζί ένα δημιουργώντας ένα υπεραγώγιμο ρεύμα. Προηγούμενες μελέτες είχαν επικεντρωθεί στα σχετικά βαρέα σωματίδια, που ονομάζονται μποζόνια W, τα οποία ξεπηδούν από το κενό με τον τρόπο αυτό. Ο Chernodub διαμόρφωσε το σενάριο με τα ελαφρότερα σωματίδια που ονομάζονται ρo μεσόνια, τα οποία απαιτούν λιγότερο ισχυρά μαγνητικά πεδία..
Ο Chernodub υπολογίζει ότι όταν το μαγνητικό πεδίο γίνει 1016 Tesla, τα συμπυκνώματα των ρ μεσονίων θα πρέπει να εμφανίζονται από το κενό.
Η εργασία του αναμένεται να δημοσιευθεί στο Physical Review Letters.
Ο Chernodub παρομοιάζει το συμπύκνωμα που προκύπτει με αυτό που σχηματίζεται στους συνήθεις υπεραγωγούς. Κάτω από μια ορισμένη κρίσιμη θερμοκρασία, τα ηλεκτρόνια σε αυτά τα υλικά δεσμεύονται μεταξύ τους στα αποκαλούμενα ζεύγη Cooper και μοιράζονται όλα την ίδια κβαντική κατάσταση. Έτσι κινούνται χωρίς τριβές. Ωστόσο, ο Paul Olesen του Πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης στη Δανία, μας λέει ότι η ομοιότητα δεν είναι ακριβής, διότι οι συνήθεις υπεραγωγοί απωθούν τα μαγνητικά πεδία.

Θα μπορούσε το κενό του διαστήματος να αξιοποιηθεί για τη δημιουργία ηλεκτρικής ενέργειας; Ωραία ιδέα, λέει ο Dmitri Kharzeev του εργαστηρίου Brookhaven στο Upton της Νέας Υόρκης, αλλά αυτό δεν θα συμβεί σύντομα. Το μεγαλύτερο μαγνητικό πεδίο που είναι γνωστό μέχρι σήμερα στο σύμπαν είναι από άστρα νετρονίων – που ονομάζονται magnetars – τα πεδία των οποίων φτάνουν μέχρι 1011 Tesla.
Μαγνητικά πεδία αυτού του μεγέθους ίσως υπήρξαν στο πρώιμο σύμπαν. Αν είχαν ως αποτέλεσμα την υπεραγωγιμότητα, τότε τα ρεύματα που παράχθηκαν μπορεί να είχαν κάποια επίδραση στην κοσμική δομή, υποστηρίζει ο Kharzeev. Όμως, οι υψηλές θερμοκρασίες την ίδια στιγμή μπορεί να κατέστρεφαν το αποτέλεσμα.
Σήμερα, τέτοια μαγνητικά πεδία μπορούν να εμφανιστούν στον Relativistic Heavy Ion Collider στο Brookhaven ή στον Large Hadron Collider στη Γενεύη. Οι ερευνητές σχεδιάζουν από τώρα τρόπους για να εντοπίσουν το φαινόμενο στα δεδομένα τους.
newscientist.com – arxiv.org