Ponedjeljak, 26 rujna, 2022
NaslovnicaVijestiZnanstvenici stvorili materiju iz ničega uz pomoć grafena i Schwingerovog efekta

Znanstvenici stvorili materiju iz ničega uz pomoć grafena i Schwingerovog efekta

5
(11)

Zapratite nas na Telegramu: https://t.me/provjeri_hr

U početku bijaše…

Po prvi put, znanstvenici su uspjeli stvoriti čestice bez čestica prekursora ili sudarajući dva kvanta. Koristeći Schwingerov efekt, mogli su stvoriti materiju uz pomoć elektromagnetskih polja.

Što je Schwingerov efekt?

Prema Wikipediji, smatra se da snažno električno polje stvara materiju zbog Schwingerovog efekta. To je predviđanje kvantne elektrodinamike (QED) da se u prisutnosti električnog polja spontano stvaraju parovi elektron-pozitron, što dovodi do raspada električnog polja.

1930-ih, prema Big Thinku, Fritz Sauter, Werner Heisenberg i Hans Euler predložili su tu ideju. Schwingerov učinak dobio je ovo ime jer je Schwinger dovršio težak zadatak da točno odredi pod kojim bi se okolnostima ovaj učinak trebao dogoditi.

Pretpostavke koje podržavaju da elektromagnetsko polje stvara materiju

Koristeći koncept “polja”, znanstvenici su mogli vidjeti mogućnost stvaranja materije pomoću elektromagnetskog polja. Imajte na umu da čestica može naići na silu ako se kreće kroz područje prostora gdje polje nije nula. Međutim, ovisi o svom naboju i, povremeno, o kretanju. Količina “energije polja” prisutna u tom specifičnom prostoru povećava se s jačinom polja, silom i samim poljem.

Upotrijebimo primjer mezona u kojem je primijenjeno elektromagnetsko polje da ilustriramo ideju. Mezon se sastoji od kvarka i antikvarka koji su međusobno povezani snažnom interakcijom i izmjenom gluona. Šest vrsta kvarkova su up (u), down (d), strange(s), charm (c), bottom (b) i top (t). Antikvarkovi su u biti kopije suprotnog električnog naboja svake od šest vrsta kvarkova.

U nekim slučajevima, parovi kvark-antikvark koji čine mezon imaju suprotne naboje. Takav mezon će imati svoje pozitivno i negativno nabijene krajeve povučene u suprotnim smjerovima ako se primijeni električno polje. Razdvajanje kvarka i antikvarka je moguće izvesti ako je jakost polja dovoljna, što uzrokuje stvaranje novih parova čestica-antičestica u praznini između njih. 

To rezultira s dva mezona umjesto jednog, s energijom potrebnom za dodavanje dodatne mase, kroz E = mc2, koja dolazi od energije električnog polja koje je inicijalno razdvojilo mezon.

Eksperiment koji potvrđuje pretpostavku da elektromagnetsko polje stvara materiju

Kako bi dobili ovo svojstvo s vrlo malenim, eksperimentalno dostupnim magnetskim poljem, znanstvenici sa Sveučilišta u Manchesteru koristili su grafen. Oni promatraju Schwingerov efekt na djelu, koji uzrokuje stvaranje parova elektron-pozitron u ovom kvantnom sustavu.

Rešetka grafena

Prema Graphenei, grafen se sastoji od jednog sloja (mono sloja) atoma ugljika koji su međusobno stabilno povezani u heksagonalnu rešetku saća. To je alotrop ugljika s duljinom molekularne veze od 0,142 nanometra i ima oblik ravnine atoma vezanih sp2 hibridizacijom.

Jedno neobično svojstvo grafena, između mnogih drugih, jest da se njegove ploče ponašaju u biti kao dvodimenzionalna struktura. Mnogi stupnjevi slobode u trodimenzionalnim materijalima uklanjaju se smanjenjem broja (efektivnih) dimenzija, dajući kvantnim česticama unutar mnogo manje opcija i ograničavajući broj mogućih ishoda.

about:blank Autori ove studije koristili su superrešetku, strukturu temeljenu na grafenu, za primjenu električnog polja. To je proizvelo ponašanje u kojem su se elektroni iz nižih, potpuno okupiranih vrpci pridružili toku i oni iz najvišeg djelomično okupiranog energetskog stanja kao dio vodljivosti materijala.

Kada se to dogodi, u ovom materijalu se pojavljuju mnoga čudna ponašanja, ali Schwingerov efekt je primijećen po prvi put. Umjesto proizvodnje pozitrona i elektrona, stvorio je “rupe”, koje nastaju kada jedan elektron u rešetki nedostaje i teče u suprotnom smjeru od protoka elektrona. 

Detalji ovog novog procesa spontane sinteze elektrona i “rupa”, koji je bio potreban za objašnjenje promatranih struja, bili su u skladu sa Schwingerovim predviđanjima od samog početka.

Provjeri/sciencetimes.com

Foto naslovnice: pixabay.com

P O D I J E L I !

Ocijenite članak

Kliknite na srce za ocjenu!

Prosječna ocjena 5 / 5. Ukupno glasova: 11

Zasad nema glasova! Budite prvi tko će ocijeniti članak!

VEZANO

najnovije