Boaz Almog "levitates" a superconductor

Translator: Morton Bast Reviewer: Thu-Huong Ha

Fordító: Péter Pallós Lektor: Tímea Hegyessy

A pár röpke pillanatig látott jelenség neve

The phenomenon you saw here for a brief moment

kvantumlebegés és kvantumrögzítés.

is called quantum levitation and quantum locking.

A lebegő tárgy neve pedig

And the object that was levitating here

szupravezető.

is called a superconductor.

A szupravezetés az anyag egy kvantumállapota,

Superconductivity is a quantum state of matter,

s csak bizonyos hőmérséklet alatt lép fel.

and it occurs only below a certain critical temperature.

Ez elég régi jelenség,

száz éve fedezték fel.

Now, it's quite an old phenomenon;

De csak nemrég óta,

it was discovered 100 years ago.

több technológiai fejlesztésnek hála

However, only recently,

due to several technological advancements,

szemléltethetjük

a kvantumlebegést és a kvantumrögzítést.

we are now able to demonstrate to you

quantum levitation and quantum locking.

A szupravezetőt két tulajdonság jellemzi.

So, a superconductor is defined by two properties.

Az első a nulla elektromos ellenállás,

The first is zero electrical resistance,

a másik a mágneses tér kiszorítása a szupravezető belsejéből.

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

Bonyolultnak hangzik, ugye?

That sounds complicated, right?

De mi az elektromos ellenállás?

But what is electrical resistance?

Az elektromosság elektronok áramlása az anyagban.

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

Áramlás közben

And these electrons, while flowing,

az elektronok összeütköznek az atomokkal,

és ütközéskor némi energiát vesztenek.

they collide with the atoms, and in these collisions

they lose a certain amount of energy.

Ezt az energiát hő formájában kisugározzák; e jelenséget ismerjük.

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

De a szupravezető belsejében nincs összeütközés,

However, inside a superconductor there are no collisions,

ezért nincs energiaveszteség.

so there is no energy dissipation.

Ez igen figyelemreméltó. Gondoljunk csak bele!

It's quite remarkable. Think about it.

A klasszikus fizikában mindig van némi súrlódás, némi energiavesztés.

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

De itt nincs, mert ez kvantumhatás.

But not here, because it is a quantum effect.

De ez még nem minden, mert a szupravezetők nem szeretik a mágneses teret.

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

Így a szupravezető igyekszik kiszorítani a mágneses teret az anyagból,

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

és ehhez a kóboráramot használja.

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

A két hatás eredője

Now, the combination of both effects --

a mágneses tér kiszorítása és a nulla elektromos ellenállás -

the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --

maga a szupravezető.

is exactly a superconductor.

Tudjuk, hogy a kép nem mindig tökéletes,

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

néha a mágneses erővonalak a szupravezető belsejében maradnak.

and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.

Kellő feltételek esetén

e mágneses erővonalak beszorulnak a szupravezetőbe.

Now, under proper conditions, which we have here,

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

A szupravezetőben lévő mágneses erővonalak mennyisége

And these strands of magnetic field inside the superconductor,

csak diszkrét értékű lehet.

Miért? Mert ez kvantumjelenség; kvantumfizika.

they come in discrete quantities.

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

Kiderül, hogy e mágneses erővonalak kvantumrészecskékként viselkednek.

And it turns out that they behave like quantum particles.

A filmen látható, ahogy diszkrét mennyiségben áramlanak.

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

Ezek mágneses erővonalszálak, nem részecskék,

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

de úgy viselkednek, mint a részecskék.

but they behave like particles.

Ezért nevezzük a jelenséget kvantumlebegésnek és kvantumrögzítésnek.

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

De mi történik a szupravezetővel, ha mágneses térbe helyezzük?

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

A mágneses erővonalak a tárgyon belül maradnak,

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

de a szupravezetőnek nem tetszik, ha mozognak,

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

mert a mozgás energiaveszteséggel járna,

because their movements dissipate energy,

ez pedig zavarja a szupravezetés állapotát.

which breaks the superconductivity state.

A szupravezető rögzíti az erővonalszálakat,

So what it actually does, it locks these strands,

amelyeket fluxonoknak nevezünk, azaz a fluxonokat beszorítja a helyükre.

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

Eközben saját magát is rögzíti.

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

Miért? Mert a szupravezető bármely mozgása megváltoztatná

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

a fluxonok helyzetét és konfigurációját.

Kvantumrögzítés lép föl. Megmutatom, hogyan.

will change their configuration.

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

A szupravezetőt becsomagoltam, hogy sokáig tartsa a hőmérsékletét.

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

Amikor egy állandó mágnes fölé helyezem,

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

szilárdan áll a levegőben.

it just stays locked in midair.

(Taps)

(Applause)

Ez nem csak lebegés, nem csak taszítás.

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

Megváltoztathatom a fluxonok helyzetét, és megint megállnak az új helyen.

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

Így vagy kissé jobbra vagy balra.

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

Ez a kvantumrögzítés; a szupravezető háromdimenziós rögzítése.

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

Persze, fejre is állíthatom,

Of course, I can turn it upside down,

és továbbra is rögzített marad.

and it will remain locked.

Most már értjük, hogy az ún. lebegés valójában rögzítés.

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

Igen, értjük.

Yeah, we understand that.

Ne lepődjenek meg, hogy ha veszek egy kör alakú mágnest,

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

amelynek mágneses tere mindenhol egyforma,

in which the magnetic field is the same all around,

a szupravezető magától forog a mágnes tengelye körül.

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

Miért? Mert amíg forog, a rögzítés fennmarad.

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

Látják? Meg tudom igazítani és forgatni a szupravezetőt.

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

A mozgás súrlódás nélküli, a test lebeg, de szabadon mozoghat mindenfelé.

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

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

Ez a kvantumrögzítés, és lebegtethetjük a mágnes fölött.

De hány fluxon, hány mágneses erővonalszál van egyetlen korongban?

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

Kiszámolhatjuk, és kiderül, hogy elég sok.

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

Százmilliárd mágneses erővonalszál van e nyolccentis korongban.

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

De nem is ez a meghökkentő, mert még nem beszéltem mindenről.

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

A meghökkentő, hogy az itt látható szupravezető

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

mindössze fél mikron vastag, nagyon vékony.

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

Ez a nagyon vékony korong a saját súlya 70 000-szeresét képes hordozni.

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

Rendkívüli hatás: nagyon erős.

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

E kör alakú mágnest megnagyobbíthatom,

Now, I can extend this circular magnet,

és olyan pályát csinálhatok, amilyent akarok.

and make whatever track I want.

Pl. nagy, kör alakú sínt.

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

Amikor a szupravezető korongot a sín fölé helyezem,

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

magától mozog.

it moves freely.

(Taps)

(Applause)

De ez még mindig nem minden. Beállíthatom így, forog

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

és magától kering az új helyzetben.

and it freely moves in this new position.

Egy új dolgot próbálok, első ízben.

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

Veszem a korongot, és ideteszem,

I can take this disk and put it here,

és amíg itt áll – nem mozog –,

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

megfordítom a pályát,

I will try to rotate the track,

és ha jól csináltam,

a korong lógva kering tovább a levegőben.

and hopefully, if I did it correctly,

(Taps)

it stays suspended.

(Applause)

Látják, hogy ez kvantumrögzítés, nem lebegés.

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

Amíg hagyom egy kicsit tovább keringeni,

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

mondok még valamit a szupravezetőkről.

let me tell you a little bit about superconductors.

Now -- (Laughter) --

(Nevetés)

Már tudjuk, hogy hatalmas mennyiségű áramot juttathatunk a szupravezetőbe,

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

és erős mágneses teret állíthatunk elő vele,

so we can use them to produce strong magnetic fields,

mint amire az MRI-készülékekben vagy a részecskegyorsítókban van szükség.

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

De a szupravezetőkkel energiát is tárolhatunk,

But we can also store energy using superconductors,

mert nincs veszteség.

Nagyfeszültségű kábeleket gyárthatunk, s áramot továbbíthatunk rajtuk.

because we have no dissipation.

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

Képzeljék el, hogy egyetlen szupravezető kábel elég egy egész erőműhöz.

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

De mi a jövője a kvantumlebegésnek és a kvantumrögzítésnek?

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

Egy példával válaszolok a kérdésre.

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

Képzeljék el, hogy van egy, a kezemben lévőhöz hasonló korongjuk.

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

Az is 8 cm átmérőjű, de egy apró dologban különbözik ettől:

three-inch diameter, with a single difference.

A szupravezető rétege nem félmikronos,

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

hanem 2 mm vastagságú - elég vékony.

being two millimeters thin, quite thin.

Ez a 2 mm-es szupravezető réteg 1 tonnát, egy kisebb kocsi súlyát bírná el.

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

Elképesztő! Köszönöm.

Amazing. Thank you.

(Taps)

(Applause)