Boaz Almog "levitates" a superconductor

Боаз Альмог заставляет суперпроводник левитировать

Translator: Morton Bast Reviewer: Thu-Huong Ha

Переводчик: Snezhana Bodishtianu Редактор: Aliaksandr Autayeu

The phenomenon you saw here for a brief moment

Феномен, который вы сейчас недолго наблюдали,

is called quantum levitation and quantum locking.

называется квантовой левитацией и квантовым замком.

And the object that was levitating here

А объект, который здесь левитировал,

is called a superconductor.

называется суперпроводником.

Superconductivity is a quantum state of matter,

Суперпроводимость — квантовое состояние материи (пятое состояние вещества),

and it occurs only below a certain critical temperature.

которое возникает только ниже определённой критической температуры.

Now, it's quite an old phenomenon;

В общем-то, это достаточно известный феномен;

it was discovered 100 years ago.

он был открыт 100 лет назад.

However, only recently,

Но только недавно,

due to several technological advancements,

в результате развития высоких технологий,

we are now able to demonstrate to you

мы можем теперь демонстрировать вам

quantum levitation and quantum locking.

эффект квантовой левитации и квантового замка.

So, a superconductor is defined by two properties.

Итак, суперпроводник определяется по двум свойствам:

The first is zero electrical resistance,

первое: нулевое сопротивление в электрическом поле,

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

второе: выталкивание магнитного поля из себя (непроницаемость для магнитного поля).

That sounds complicated, right?

Сложно звучит, правда?

But what is electrical resistance?

Но что же такое электрическое сопротивление?

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

Электричество — это поток электронов внутри материала.

And these electrons, while flowing,

Эти электроны, пока движутся,

they collide with the atoms, and in these collisions

сталкиваются с атомами и в результате таких коллизий,

they lose a certain amount of energy.

теряется определённое количество энергии.

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

Электроны рассеивают эту энергию в виде тепла. Вы все знаете этот эффект.

However, inside a superconductor there are no collisions,

Тем не менее, внутри суперпроводника таких столкновений нет,

so there is no energy dissipation.

поэтому нет потери энергии.

It's quite remarkable. Think about it.

Здорово, только подумайте об этом.

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

В классической физике всегда существует трение, то есть потеря энергии.

But not here, because it is a quantum effect.

Но не в нашем случае, не при квантовом эффекте.

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

И это ещё не всё: суперпроводники не любят магнитное поле.

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

Следовательно, суперпроводник будет пытаться изгнать магнитное поле вон из себя,

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

а делать это он будет путём циркуляции электрического тока.

Now, the combination of both effects --

Вот и получается, слияние двух эффектов:

the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --

непроницаемость для магнитного поля и нулевое сопротивление в электрическом поле —

is exactly a superconductor.

вот что такое есть суперпроводник.

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

Но мы знаем, что идеальной картинки часто не получается,

and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.

иногда линии магнитного поля остаются внутри суперпроводника.

Now, under proper conditions, which we have here,

И при соответствующих условиях, которые у нас здесь есть,

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

эти линии магнитного поля могут быть заперты внутри суперпроводника.

And these strands of magnetic field inside the superconductor,

Эти «нити» магнитного поля внутри суперпроводника

they come in discrete quantities.

дискретны (порционны).

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

Почему? Потому что это и есть квантовый феномен. Квантовая физика.

And it turns out that they behave like quantum particles.

И получается, что ведут себя эти линии магнитного поля, как квантовые частицы.

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

В клипе видно, как они движутся один за другим дискретно (порциями).

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

Это — линии магнитного поля. Это не частицы,

but they behave like particles.

но ведут они себя, как частицы.

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

Именно поэтому мы называем этот эффект квантовой левитацией и квантовым замком.

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

Что же происходит с суперпроводником, когда мы помещаем его в магнитное поле?

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

Ну, во-первых, силовые линии магнитного поля «сидят» внутри,

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

а суперпроводник не хочет, чтобы они там двигались,

because their movements dissipate energy,

потому что такое движение вызывает потерю энергии,

which breaks the superconductivity state.

а это нарушает состояние суперпроводимости.

So what it actually does, it locks these strands,

И суперпроводник блокирует эти силовые линии,

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

которые называются флюксонами, то есть запирает (зажимает) флюксоны на месте.

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

И делая это, он и себя фиксирует в постоянном состоянии.

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

Почему? Потому что любое движение самого суперпроводника

will change their configuration.

изменит и местоположение линий, изменит их конфигурацию.

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

Так мы получаем квантовый замок. Позвольте покажу, как это работает.

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

Вот у меня здесь суперпроводник, который я укутал , чтобы он оставался холодным.

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

Когда я помещаю его над обыкновенным магнитом,

it just stays locked in midair.

он словно зависает в воздухе.

(Applause)

(Аплодисменты)

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

И это не просто левитация. Это не просто отталкивание.

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

Я могу поменять позицию флюксонов и снова он «замкнётся» в новом положении.

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

Вот так, или чуть вправо, или влево...

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

Квантовый замок — это фиксирование суперпроводника в трёхмерном пространстве.

Of course, I can turn it upside down,

Конечно, я могу перевернуть его вверх ногами,

and it will remain locked.

и он останется зафиксированным.

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

Только сейчас мы понимаем, что так называемая левитация...

Yeah, we understand that.

на самом деле является замком (сцеплением).

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

Вы не удивитесь, узнав, что если я возьму этот круговой магнит,

in which the magnetic field is the same all around,

в котором магнитное поле одинаковое по кругу,

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

что позволит суперпроводнику свободно вращаться по оси магнита.

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

Почему? Потому что пока он вращается, сцепление (замок) остаётся неизменным.

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

Видите? Я могу немного подправить его положение и снова раскрутить.

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

У нас движение без трения. Он левитирует и свободно движется вокруг себя.

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

Итак, у нас есть квантовый замок и левитация над данным магнитом.

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

Но сколько там флюксонов, сколько линий магнитного поля внутри одного такого диска?

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

Ну, можно посчитать, и получится достаточно много.

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

Сто триллионов «нитей» магнитного поля внутри 7 сантиметрового диска .

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

Но это ещё не самое занимательное, потому что я ещё не всё вам рассказал.

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

А вот занимательная часть в том, что суперпроводник, который вы видите,

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

толщиной только в полмикрона. Он очень тонкий.

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

И эта очень тонкая пластина может выдержать нагрузку в 70 тысяч раз больше собственного веса.

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

Это удивительный эффект. Очень он сильный.

Now, I can extend this circular magnet,

Я могу увеличить круговой магнит,

and make whatever track I want.

и сделать из него любую конфигурацию.

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

Например, могу сделать большую круглую железную дорогу.

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

И когда я помещаю суперпроводник над этим рельсом,

it moves freely.

он свободно движется.

(Applause)

(Аплодисменты)

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

И это ещё не всё. Я могу изменить его положение вот так и снова запустить по кругу,

and it freely moves in this new position.

и он снова вращается и крутится в новом заданном положении.

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

Я могу даже попробовать новую идею. Давайте попробуем. Это впервые.

I can take this disk and put it here,

Я могу взять диск и подвесить его здесь,

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

а пока он висит здесь... не двигайся...

I will try to rotate the track,

я попробую перевернуть рельсу,

and hopefully, if I did it correctly,

и, надеюсь, если я правильно все сделал,

it stays suspended.

диск останется подвешенным.

(Applause)

(Аплодисменты)

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

Видите, это квантовый замок, а не левитация.

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

Пусть он покрутится ещё немного,

let me tell you a little bit about superconductors.

а я ещё расскажу о суперпроводниках.

Now -- (Laughter) --

Итак... (Смех)

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

Мы теперь знаем, что можем закрыть огромное количество силовых линий полей внутри,

so we can use them to produce strong magnetic fields,

это даёт нам возможность производить сильное магнитное поле,

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

которое необходимо для магнитно-резонансной аппаратуры, для ускорителей частиц и прочее.

But we can also store energy using superconductors,

Мы можем сохранять энергию, используя суперпроводники,

because we have no dissipation.

потому что нет потери энергии.

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

Может производить супер высоковольтные кабели, которые будут передавать электрический ток.

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

Представьте, что можно обойтись одним суперпроводниковым кабелем, чтобы обеспечить работу всей электростанции.

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

Но какое будущее у квантовой левитации и квантового замка?

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

Позвольте мне ответить на этот вопрос примером.

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

Представьте, что есть почти такой диск, как у меня в руке,

three-inch diameter, with a single difference.

7 см в диаметре, но с одним отличием.

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

Слой суперпроводимости вместо половины микрона толщиной

being two millimeters thin, quite thin.

будет два миллиметра, то есть достаточно большой.

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

Этот двухмиллиметровый суперпроводниковый слой сможет выдержать нагрузку в тысячу кг, то есть маленькую машину, которую я смогу держать в руках.

Amazing. Thank you.

Поразительно. Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)