آهنربای سریع و رکوردشکن می تواند به کشف فیزیک جدید کمک کند

آهنرباها را می توان با اثر مایسنر معلق کرد

تصاویر تاریخ علم / علامی

یک آهنربای کوچک که در داخل یک تله ابررسانا معلق می‌شود، ممکن است سریع‌ترین جسم چرخان قابل مشاهده با چشم غیر مسلح و یکی از سریع‌ترین اجسام چرخشی باشد که تا کنون ساخته شده است. در آینده، می‌توان از آن در آزمایش‌هایی برای جستجوی ذرات ماده تاریک مرموز استفاده کرد و به توسعه فناوری‌های کوانتومی کمک کرد.

ابررساناها موادی هستند که الکتریسیته را با کارایی کامل هدایت می کنند و همچنین هر میدان مغناطیسی را که سعی در نفوذ به آنها دارد را بیرون می اندازند - پدیده ای به نام اثر مایسنر. به همین دلیل، آهنربایی که بالای یک ابررسانا قرار می گیرد، نیروهای مغناطیسی دافعه ای را تجربه می کند و شروع به معلق شدن می کند. تائو وانگ در آژانس فناوری و تحقیقات علمی در سنگاپور و همکارانش اکنون یکی از این آهنرباهای معلق را تنظیم کرده‌اند که با سرعتی بی‌سابقه می‌چرخند.

ادامه مطلب یک آهنربای مینیاتوری برای اولین بار از نظر قدرت با غول ها رقابت می کند

محققان از آهنربای کروی ساخته شده از نئودیمیم، آهن و بور استفاده کردند که عرض آن حدود 30 میکرومتر بود، مشابه عرض یک موی نازک انسان. آنها آن را در یک ظرف استوانه ای ساخته شده از سرب قرار دادند، سپس آن ظرف را در یک محفظه خالی از هوا یا یک محفظه خلاء محصور کردند.

تبلیغات

سپس، آنها از هلیوم مایع برای خنک کردن کل مجموعه تا حدود -269 درجه سانتیگراد (452- درجه فارنهایت) استفاده کردند که تنها چند درجه بالاتر از سردترین دمای ممکن است. در این شرایط شدید، سرب به عنوان یک ابررسانا رفتار می‌کرد و کمبود هوا به این معنی بود که آهنربا می‌توانست بدون برخورد با ذره‌ای درون آن معلق شود. این تیم چرخش آهنربا را با یک سیم پیچ مغناطیسی تنظیم کردند و در نهایت این روتور کوچک را به 138 میلیون دور در دقیقه سوق داد.

وانگ می گوید که چرخش آهنربا نیز بسیار پایدار بود: 17 روز طول می کشد تا سرعت چرخش آن 50 درصد کاهش یابد، چیزی که معمولا به دلیل تعامل بین آهنربا و محیط آن سریعتر اتفاق می افتد. او می‌گوید: «از نظر تعداد چرخش قبل از کاهش قابل‌توجه، این موضوع با چرخش زمین برابری می‌کند.

"این، تا کنون، سریعترین روتور مغناطیسی معلق است." رکورد سریعترین چرخاندن جسم ساخته شده توسط انسان نیز متعلق به یک کره معلق است، اما آن یکی در ابعاد نانو بوده و با چشم غیرمسلح نامرئی بوده و توسط پرتوهای لیزر به پرواز درآمده است.

ادامه مطلب فیزیک نور و مغناطیس بعد از تقریبا دو قرن بازنویسی شد

از آنجایی که روتور اساسا هیچ اصطکاکی را تجربه نمی کند و مغناطیسی و سرد است، رفتار آن نسبت به محیط خود بسیار حساس است که آن را به یک حسگر امیدوارکننده تبدیل می کند. این تیم قبلا آن را به عنوان یک سنج خلاء در دماهای بسیار پایین با موفقیت آزمایش کرده است. وانگ می‌گوید این می‌تواند برای سازندگان رایانه‌های کوانتومی مفید باشد، که اغلب باید به شدت سرد و ایزوله نگه داشته شوند تا بتوانند کار کنند.

بنجامین استیکلر از دانشگاه اولم آلمان می گوید که آهنربای چرخان معلق می تواند برای اندازه گیری دقیق میدان های مغناطیسی نیز استفاده شود.

آندره وینانته عضو تیم در شورای ملی تحقیقات ایتالیا می‌گوید: همچنین می‌تواند یک پلتفرم امیدوارکننده برای آزمایش‌های فیزیک بنیادی، مانند جستجوی اثرات مربوط به ذرات ماده تاریک، یا سنجش امواج گرانشی در فرکانس‌های ناشناخته باشد. علاوه بر این، در دماهای بسیار پایین، اثرات کوانتومی غالب می‌شوند، بنابراین حتی می‌توان از آن برای اکتشافات مکانیک کوانتومی و تعامل آن با گرانش در مقیاس‌های میکرومتری استفاده کرد.

مرجع مجله:

پیشرفت علم DOI: 10.1126/sciadv.aee6434