Boaz Almog "levitates" a superconductor

Boaz Almog lässt einen Supraleiter "schweben"

Translator: Morton Bast Reviewer: Thu-Huong Ha

Übersetzung: Eike Gerhard Lektorat: Judith Matz

The phenomenon you saw here for a brief moment

Das Phänomen, das Sie hier für einen Augenblick gesehen haben,

is called quantum levitation and quantum locking.

heißt Quanten-Levitation und Quanten-Arretierung.

And the object that was levitating here

Und das Objekt, das hier schweben gelassen wurde,

is called a superconductor.

ist ein Supraleiter.

Superconductivity is a quantum state of matter,

Supraleitung ist ein Quantenzustand von Materie,

and it occurs only below a certain critical temperature.

der nur unterhalb einer kritischen Temperatur möglich ist.

Now, it's quite an old phenomenon;

Es ist ein altbekanntes Phänomen, das schon

it was discovered 100 years ago.

vor 100 Jahren entdeckt wurde.

However, only recently,

Aber erst seit Kurzem können wir,

due to several technological advancements,

dank technischer Fortschritte,

we are now able to demonstrate to you

nun die Quanten-Levitation und

quantum levitation and quantum locking.

die Quanten-Arretierung demonstrieren.

So, a superconductor is defined by two properties.

Ein Supraleiter wird durch zwei Eigenschaften bestimmt.

The first is zero electrical resistance,

Erstens: er besitzt keinen elektrischen Widerstand und

and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.

zweitens verdrängt er Magnetfelder aus seinem Inneren.

That sounds complicated, right?

Das klingt kompliziert, nicht wahr?

But what is electrical resistance?

Aber was ist elektrischer Widerstand?

So, electricity is the flow of electrons inside a material.

Elektrizität ist der Fluss von Elektronen innerhalb eines Materials.

And these electrons, while flowing,

Während sie fließen, kollidieren die Elektronen

they collide with the atoms, and in these collisions

mit Atomen und verlieren bei jeder der Kollisionen

they lose a certain amount of energy.

einen Teil ihrer Energie.

And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.

Diese Energie verlieren sie in Form von Wärme, ein Effekt den wir alle kennen.

However, inside a superconductor there are no collisions,

In einem Supraleiter gibt es diese Kollisionen nicht

so there is no energy dissipation.

und so geht auch keine Energie verloren.

It's quite remarkable. Think about it.

Ziemlich beachtlich, wenn man drüber nachdenkt.

In classical physics, there is always some friction, some energy loss.

In der klassischen Physik gibt es immer etwas Reibung und somit auch Energieverlust.

But not here, because it is a quantum effect.

Aber nicht hier, da wir von einem Quanteneffekt sprechen.

But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.

Aber das ist nicht alles. Supraleiter mögen keine Magnetfelder

So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,

und versuchen Magnetfelder aus ihrem Inneren zu verdrängen,

and it has the means to do that by circulating currents.

was sie mithilfe von zirkulierenden Strömen erreichen können.

Now, the combination of both effects --

Die Verbindung dieser beiden Eigenschaften –

the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --

die Verdrängung von Magnetfeldern und das Fehlen eines elektrischen Widerstandes –

is exactly a superconductor.

ist genau das, was einen Supraleiter ausmacht.

But the picture isn't always perfect, as we all know,

Aber Theorie und Realität stimmen nicht immer zu 100% überein,

and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.

manchmal verbleiben einige Bündel von Magnetfeldlinien im Supraleiter.

Now, under proper conditions, which we have here,

Unter den richtigen Bedingungen, welche wir hier haben,

these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.

können diese Bündel von Magnetfeldlinien im Supraleiter gefangen werden.

And these strands of magnetic field inside the superconductor,

Und diese Magnetfeldlinien im Inneren des Supraleiters

they come in discrete quantities.

kommen in diskreten Mengen vor.

Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.

Warum? Weil es ein Quantenphänomen ist. Es ist Quantenphysik.

And it turns out that they behave like quantum particles.

Und wie es sich herausstellt, verhalten sie sich wie Quantenteilchen.

In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.

In diesem Film hier kann man sehen, wie sie diskret fließen.

This is strands of magnetic field. These are not particles,

Es sind Bündel von Magnetfeldlinien, keine Teilchen,

but they behave like particles.

aber sie verhalten sich wie Teilchen.

So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.

Darum nennen wir diesen Effekt Quanten-Levitation und Quanten-Arretierung.

But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?

Was passiert nun mit dem Supraleiter, wenn wir ihn in ein Magnetfeld legen?

Well, first there are strands of magnetic field left inside,

Zuerst sind einige Bündel von Magnetfeldlinien im Inneren gefangen,

but now the superconductor doesn't like them moving around,

aber der Supraleiter mag es nicht, wenn sie sich bewegen,

because their movements dissipate energy,

da ihre Bewegungen Energie verbrauchen,

which breaks the superconductivity state.

und so die Supraleitung stören.

So what it actually does, it locks these strands,

Der Supraleiter arretiert diese Bündel,

which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.

welche auch als Fluxonen bezeichnet werden, und hält sie so an ihrem Platz.

And by doing that, what it actually does is locking itself in place.

Hierdurch arretiert sich der Supraleiter selbst an einem Ort.

Why? Because any movement of the superconductor will change their place,

Warum? Weil eine Bewegung des Supraleiters auch eine Bewegung der Fluxonen bedeuten

will change their configuration.

und ihre Konfiguration ändern würde.

So we get quantum locking. And let me show you how this works.

Wir erhalten also eine Quanten-Arretierung. Lassen Sie mich zeigen, wie das funktioniert.

I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.

Hier habe ich einen isolierten Supraleiter.

And when I place it on top of a regular magnet,

Wenn ich den jetzt auf einem normalen Magneten platziere,

it just stays locked in midair.

ist er einfach in der Luft verriegelt.

(Applause)

(Applaus)

Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.

Es ist nicht einfach Levitation. Es ist nicht einfach Abstoßung.

I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.

Ich kann die Fluxonen neu anordnen und alles ist in der neuen Konfiguration arretiert.

Like this, or move it slightly to the right or to the left.

z.B. so, oder etwas weiter zur Rechten oder Linken.

So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.

Das ist also Quanten-Arretierung – echtes Arretieren – in drei Dimensionen wird der Supraleiter arretiert.

Of course, I can turn it upside down,

Natürlich kann ich es auch auf den Kopf drehen

and it will remain locked.

und es bleibt arretiert.

Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,

Jetzt verstehen wir dass die "Levitation" eigentlich eine Arretierung ist.

Yeah, we understand that.

Ja, wir verstehen das.

You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,

Sie dürften jetzt nicht überrascht sein, wenn ich diesen runden Magneten nehme,

in which the magnetic field is the same all around,

in dem das Magnetfeld rund herum genau gleich ist,

the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.

dass der Supraleiter sich um die Achse des Magneten frei bewegen kann.

Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.

Warum? Solange er rotiert, bleibt die Arretierung bestehen.

You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.

Sehen Sie? Ich kann den Supraleiter neu anordnen und rotieren lassen.

We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.

Wir haben reibungslose Bewegung. Der Supraleiter schwebt noch, kann sich aber frei bewegen.

So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.

Wir haben also Quanten-Verriegelung und wir können ihn auf dem Magneten schweben lassen.

But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?

Aber wie viele Fluxonen – Bündel von Magnetfeldlinien – sind in einer einzigen Scheibe wie dieser?

Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.

Nun, wir können es berechnen und es sind viele.

One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.

Einhundert Milliarden Magnetfeldlinien auf dieser 7,5 cm großen Scheibe.

But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.

Aber das ist noch nicht das Erstaunliche, ich habe eines noch verschwiegen.

And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here

Das Erstaunliche ist, dass der Supraleiter, den Sie hier sehen,

is only half a micron thick. It's extremely thin.

nur einen halben Mikrometer dick ist. Extrem dünn also.

And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.

Und diese unglaublich dünne Scheibe kann mehr als das 70.000-fache seines eigenen Gewichts tragen.

It's a remarkable effect. It's very strong.

Ein unglaublicher starker Effekt.

Now, I can extend this circular magnet,

Diesen runden Magneten kann ich natürlich auch erweitern,

and make whatever track I want.

um ein beliebiges Gleis zu formen.

For example, I can make a large circular rail here.

z.B. ein großes rundes Gleis wie dieses hier.

And when I place the superconducting disk on top of this rail,

Und wenn ich den Supraleiter auf dieses Gleis lege,

it moves freely.

kann es sich frei bewegen.

(Applause)

(Applaus)

And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,

Und wieder ist das nicht alles. Ich kann die Position des Supraleiters ändern und ihn rotieren lassen.

and it freely moves in this new position.

Er bewegt sich frei in seiner neuen Position.

And I can even try a new thing; let's try it for the first time.

Und ich kann noch etwas neues ausprobieren; versuchen wir es hier zum ersten Mal.

I can take this disk and put it here,

Ich kann diese Scheibe hier platzieren

and while it stays here -- don't move --

und während sie hier bleibt – nicht bewegen –

I will try to rotate the track,

werde ich versuchen, das Gleis auf den Kopf zu drehen

and hopefully, if I did it correctly,

und hoffentlich, wenn ich es richtig gemacht habe,

it stays suspended.

bleibt die Scheibe in der Luft.

(Applause)

(Applaus)

You see, it's quantum locking, not levitation.

Sie können sehen, es ist Quanten-Arretierung, kein Schweben.

Now, while I'll let it circulate for a little more,

Lassen wir die Scheibe noch ein bisschen mehr kreisen,

let me tell you a little bit about superconductors.

während ich Ihnen etwas über Supraleiter erzähle.

Now -- (Laughter) --

Ähm – (Gelächter) –

So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,

Wir wissen also, dass wir enorme Ströme in einem Supraleiter fließen lassen können.

so we can use them to produce strong magnetic fields,

Wir können sie auch nutzen, um starke elektromagnetische Felder zu erstellen.

such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.

Solche die wir z.B. in MRTs oder Teilchenbeschleunigern benötigen.

But we can also store energy using superconductors,

Da wir keinen Energieverlust in Supraleitern haben, können wir mit ihrer Hilfe

because we have no dissipation.

auch Energie speichern.

And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.

Und wir könnten Stromleitungen produzieren, mit denen wir enorme Strommengen zwischen Kraftwerken bewegen können.

Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.

Stellen Sie sich vor, wir könnten ein einzelnes Kraftwerk mittels eines supraleitenden Kabels absichern.

But what is the future of quantum levitation and quantum locking?

Aber was ist die Zukunft von Quanten-Levitation und Quanten-Arretierung?

Well, let me answer this simple question by giving you an example.

Lassen Sie mich die Frage mit einem Beispiel beantworten.

Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,

Stellen Sie sich vor, Sie hätten eine Scheibe, ähnlich der in meiner Hand,

three-inch diameter, with a single difference.

mit 7,5 cm Durchmesser, aber einem entscheidenden Unterschied.

The superconducting layer, instead of being half a micron thin,

Die supraleitende Scheibe ist, anstatt einem halben Mikrometer,

being two millimeters thin, quite thin.

zwei Millimeter dick, recht dick also.

This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.

Diese zwei Millimeter dicke, supraleitende Scheibe könnte 1.000 Kilogramm halten, ein kleines Auto, in meiner Hand.

Amazing. Thank you.

Erstaunlich. Vielen Dank.

(Applause)

(Applaus)