Fizyka LO Turek
Start
Nauczyciele
Nauczanie
Konkursy
Ciekawostki
Aktualności
Astronomia
Struktura materii
Doświadczenia domowe
Testy z fizyki
Spis treści i wyszukiwarka
Hosted by:
W kręgu fizyki LO Turek
« Poprzednia  Następna »
Odkrycia 
wodór
jądro wodoru czyli proton
deuter
deuter
Hiperciężki wodór

Jądro atomu wodoru składa się z jednego protonu. Do tej pory znaliśmy jeszcze dwie jego cięższe odmiany: deuter, o jądrze złożonym z protonu i neutronu, i silnie promieniotwórczy tryt, którego jądro oprócz protonu mieści dwa neutrony. Okazuje się, że wodór może tworzyć jeszcze cięższy wariant izotopowy. Od dawna fizycy poszukiwali wodoru 5, którego jądro jest zbudowane z jednego protonu i aż z czterech dodatkowych neutronów. Z obliczeń teoretycznych wynikało, że taki izotop może istnieć. Fizycy tropili go w laboratoriach przez czterdzieści lat.
wodór 5
nowy wodór 5
tryt
tryt
Teraz dzięki wysiłkowi zespołu uczonych z Japonii, Rosji i Francji wreszcie to się udało. Doświadczenie, mające na celu wytworzenie wysoce nietrwałych jąder izotopu, przeprowadzono, bombardując tarczę zawierającą zamrożony wodór wiązką jąder helu 6. Przebieg eksperymentu zarejestrowano w Japonii w tamtejszym ośrodku badawczym RIKEN.
Odkrycie nowej cząstki materii ma nieocenione znaczenie dla potwierdzenia naszych przypuszczeń teoretycznych. W przypadku wodoru 5 sądzi się, że powstaje on we wnętrzu gwiazd pod wpływem niezwykle wysokich temperatur i ciśnień. Stąd jego odkrycie na Ziemi stanowi także pośrednie potwierdzenie trafności naszych modeli przemian zachodzących we wnętrzach gwiazd.

Teleportacja

teleportacja Teleportacja opiera się na tym, że cząstki (elektrony, jony czy atomy) są w zasadzie identyczne, tj. nie można ich odróżnić od siebie, jeśli tylko znajdują się w tym samym stanie kwantowym. Naukowcy doszli więc do wniosku, że aby coś teleportować, nie ma potrzeby przenoszenia na odległość materialnego obiektu.
Teleportacja nie oznacza przesyłania materii, ale przesyłanie stanu obiektu kwantowego. To inny foton lub atom w odległym miejscu przygotowuje się w takim (nieznanym) stanie, w jakim jest ten pierwszy. W dodatku do tego celu niezbędny jest dodatkowy klasyczny kanał informacji, taki jak telefon lub radio.
Kluczem do teleportacji jest zjawisko kwantowego splątania, które w tajemniczy sposób może łączyć ze sobą nawet najbardziej oddalone cząstki. Einstein nazwał je upiornym oddziaływaniem na odległość. Po raz pierwszy teoretycznie dowiodła to w 1993 roku amerykańska grupa pod kierunkiem Charles Bennetta z ośrodka badawczego IBM w Yorktown Heights.
W uproszczeniu polega ono na tym, żeby dwa odległe miejsca, pomiędzy którymi chcemy dokonać teleportacji, zaopatrzyć w pary splątanych fotonów. Jeden z fotonów pary musi pozostać u nadawcy, a drugi - u odbiorcy. Teraz łatwo jest przesłać foton na odległość, bo splątanie łączy fotony natychmiastową więzią. Kilka lat temu dokonano udanej teleportacji pojedynczych fotonów.
Aby zastosować w praktyce teleportację należy splątać nie pojedynczych fotonów, czy atomów, lecz dużo większych obiektów, jak choćby pakiet informacji.
Duży zbiór obiektów udało się splątać w 2001 roku trzem duńskim fizykom pod kierunkiem Eugene Polzika z Uniwersytetu w Aarhus. Były to dwie chmury atomów cezu, z których każda zawierała miliardy atomów. Co ciekawe, zespołowi Polzika po raz pierwszy udało się zrobić to, co - jak sądzą fizycy - jest kluczem do efektywnej teleportacji. - Dokonane przez nich splątanie nie wiąże ze sobą poszczególnych atomów obu chmur cezu. To wypadkowa ruchu atomów jednej chmury jest splątana z wypadkową ruchu atomów w drugiej chmurze. To znaczy, że chmura jako całość wygląda i zachowuje się identycznie jak jej "telepatyczna siostra". Jak to zrobili? Otóż każdy z atomów cezu posiada spin, czyli coś na kształt maleńkiej, wewnętrznej igły magnetycznej. Jeśli spiny atomów ustawiają się zgodnie, to się wzmacniają, a jeśli przeciwnie, to się osłabiają. Duńczycy mierzyli wypadkowe namagnesowanie obydwu chmur atomowych. I ten wypadkowy spin obu chmur splątali ze sobą. Co prawda tylko na mgnienie oka, około pół milisekundy, jednak w atomowej skali czasu to prawie wieczność.

Udana teleportacja wiązki promieni laserowych

teleportacja
Artystyczna wizja teleportacji obiektu
O udanej teleportacji wiązki promieni laserowych donieśli we wrześniu 2002 roku badacze z Australii. Przenieśli wiązkę na odległość jednego metra, ale jak sami twierdzą, nic nie stoi na przeszkodzie, by przenosić ją na dowolne odległości. Tak właśnie zrobili Australijczycy - zniszczyli wiązkę światła na jednym stole laboratoryjnym, a informacje o tym, jak ona dokładnie wyglądała, przesłali przez radio na drugi stół, gdzie w mgnieniu oka (dokładnie w czasie nanosekund) udało się "odbudować" taką samą (a w zasadzie tę samą) wiązkę złożoną z miliardów fotonów.
Co ciekawe, w wiązkach światła zapisane były informacje - tak samo jak w świetle przesyłanym światłowodami zapisuje się rozmowy telefoniczne. Po teleportowaniu naukowcy bez trudu odczytali w nowej wiązce to, co zapisali wcześniej w starej!
Nigdy też wcześniej nie przesłano w ten sposób miliardów fotonów z zapisaną informacją, co otwiera drogę do praktycznych zastosowań teleportacji.
Doświadczenie Australijczyków to prawdziwy przełom. Otwiera drogę do stworzenia superszybkich i bardzo bezpiecznych systemów komunikacyjnych - komputerów kwantowych. Zdaniem fizyków komputery te wyprą komputery wykorzystywane dziś, dzięki nieporównywalnie większej pamięci i ogromnej prędkości obliczeń. Praca Australijczyków przyczyni się również do opracowania nowych metod całkowicie bezpiecznego przesyłania zaszyfrowanych danych - np. numerów kont osobistych czy kart kredytowych. Szpieg, który będzie chciał podsłuchać rozmowę czy przesyłaną informację, musiałby zniszczyć idealną zgodność pomiędzy oryginałem a teleportowaną kopią. Wystarczy więc wprowadzić procedury sprawdzania zgodności, by wykryć albo szpiega, albo... inne zakłócenia na linii (co przyczyni się do polepszenia jakości transmisji).
Zespół odkrywców liczył 12 osób z Australii, Niemiec, Francji, Chin i Nowej Zelandii. Ścigał się w palmę pierwszeństwa z 40 innymi grupami badaczy.

Teleportacja pojedynczych atomów

W czerwcu 2004 roku poinformowano o teleportacji stanów kwantowych pomiędzy dwoma "splątanymi" atomami. Atomy wapnia udało się teleportować naukowcom austriackim z Uniwersytetu w Innsbrucku, natomiast berylu dokonał zespół z National Institute of Standards and Technology w Boulder w Kolorado. Udało im się przenieść stan kwantowy jednego jonu na inny, który był oddalony o ułamek milimetra.
Zdaniem niektórych naukowców przy dotychczasowym poziomie nauki możliwość podobnego przenoszenia ciał stałych z jednego miejsca na inne jest całkiem realna, i to w niedalekiej już przyszłości.
Jeśli chodzi o większe obiekty, w tym ludzi, uczeni są niezwykle ostrożni z podawaniem dat. Prawa natury nie stoją na przeszkodzie, by tego dokonać. Jednak złożoność problemu jest tak ogromna, że nikt jeszcze w tej chwili nie myśli o tym poważnie.
« Poprzednia  Następna »
Odkrycia