Starile topologice ale materiei. Ce sunt si ce importanta practica au?


De ceva timp fizicienii au incercat sa foloseasca topologia matematica pentru a descrie si a prezice stari neobisnuite ale materiei la nivel cuantic. Aceste stari au fost denumite stari topologice ale materiei. Aceste stari ce sunt puse in evidenta la temperaturi foarte joase au proprietati unice, in special de supra-conductibilitate, care sunt extrem de rezistente la perturbatiile externe. Acest lucru sugereaza aplicatii tehnologice foarte interesante si promitatoare. Aceasta stabilitate foarte buna se bazeaza pe o multime de numere intregi “magice”, denumite numere Chern.

Pentru prima data o echipa de cercetatori a reusit sa masoare experimental aceste numere Chern.

Materia prezinta faze remarcabile atunci cand este supusa unor conditii extreme, precum campuri magnetice foarte puternice la temperaturi foarte joase. In aceste conditii, materialele pot intra in regimuri de functionare foarte neobisnuite in care proprietatile lor electrice sa devina universale sau exotice, precum absenta curentilor de disipare sau rezistenta electrica cuantizata (Cuantizata este opusul notiunii de continuu. O marime fizica continua poate lua orice valoare in  intervalul [a, b]. Valoarea unei marimi fizice cuantizate este un multiplu de numere intregi/ discrete. Spre exemplificare, in cazul rezistentei cuantizate rezistenta masurata nu avea decat valori dintr-o multime de nr. intregi inmultite cu o constanta sau o marime fizica, adica valoarea ei va prezenta salturi din numar in numar cuantic atunci cand se variaza marimile de intratre in circuit: 1X, 2X, 3X, etc.).

Teoria fizico-matematica, dar si experimentele efectuate pana acum, prezic noi faze ale materiei, starile topologice, stari ce sunt descrise de numere intregi “magice” (topologice). Aceste numere sunt numere folosite sa clasifice obiecte geometrice (de ex. nr. de gauri dintr-o suprafata) care raman imune la deformatii.

Starile topologice au fost descoperite in cadrul cercetarilor legate de efectul Hall, prin studii ale rezistentei electrice in materialele supuse campurilor magnetice puternice. Cand se ajunge la temperaturi suficient de joase, rezistenta electrica masurata formeaza un platou robust atunci cand se variaza campul magnetic. In mod surprinzator, efectul Hall pare sa aiba bazele in topologie: fiecare platou al rezistentei este dictat de un numar topologic, numar Chern.

“Frumusetea acestui fapt consta in faptul ca aceste numere magice apar ca proprietati intrinseci ale electronilor ce se misca intr-un material; este intrigant ca aceste numere abstracte determina fenomene observabile reale”, spune Nathan Goldman.

O directie de studiu a acestor stari topologice este oferita de materialele sintetice, care constau din gaze (mono-)atomice super-racite controlate de lumina (laser). In aceste experimente atomii neutri sunt capturati intr-un patern periodic creat din unde stationare create cu ajutorul laserilor. Atomii reci ce se misca in aceste latici optice s-au dovedit foarte potriviti pentru a imita dinamica electronilor ce se misca in materiale reale. In contrast cu electronii, atomii acestia sunt neutri, asadar ei nu prezinta efect Hall. Prin tehnici ingenioase acesti atomi au fost determinati sa se comporte precum particule incarcate electric supuse unor campuri magnetice puternice. Laticea rezultata a fost potrivita sa prezinte proprietati topologice. Mai multe detalii tehnice aici.

Pana aici datele prezentate de cercetatori par a fi foarte abstracte si la fel de criptice ca in orice anunt legat de fizica sub-atomica. Insa nu este chiar asa! O traducere in termeni mai pamanteni ar fi urmatoarea:

Prin re-aranjarea topologica a materiei (de ex. electronii in cadrul atomilor) materia poate prezenta faze multiple. In exemplul cu electronii este vorba de acelasi numar de electroni, deci nu vorbim de o transformare chimica sau o transmutare atomica. Singura diferenta este ca acestor atomi si electroni (sa nu uitam ca particulele sub-atomice sunt o masura a energiei atomului) li se schimba proprietatile energo-informationale, iar aceste schimbari rezulta in schimbari de proprietati ale materialelor, proprietati relativ stabile (deocamdata la temperaturi joase). Vorbim de un nou nivel de control al materiei!

Anuntul cercetatorilor poate parea o noutate experimentala pentru multi cititori, insa istoria ne arata ca este un lucru cunoscut in anumite cercuri de cel putin cateva decenii. De zeci de ani prof. John Searl sustine acelasi lucru, insa intr-o forma putin diferita. El spune ca tehnologia lui proprietara de creare a magnetilor folositi la SEG-ul lui se bazeaza pe “patrate magice”. Aceste patrate magice sunt folosite pentru a construi laticea atomica a magnetilor sai (magnetii sunt crescuti in campuri modulate special pentru a rezulta o anumita geometrie), sau altfel spus magnetii care sa poata fi folositi in SEG trebuie sa aiba laticea cu proprietati descrise de “patrate magice” (modul in care se exercita fortele magnetice in latice este descris de aceste proprietati geometrice modelate cu “patratele magice”). A se observa similitudinea dintre ideea ca aranjarea atomica si sub-atomica determina proprietatile la nivel macro dintre “patratele magice”, numerele Chern, etc!

Un alt exemplu este Howard Johnson  care afirma lucruri similare despre magnetii tratati special pentru a obtine campuri magnetice specifice. Altul este John Hutchison. Slim Spurling sustinea ca electronii din materia aflata in campul scalar emis de tool-urile sale, Light-Life Technology, isi modifica orbita pe acelasi strat…

Toate acestea puse cap la cap duc la implicatii imense! Pana la acest nivel rezulta posibilitatea de a trata energo-informational un material si de a-i schimba total proprietatile la nivel macro-scopic! Se pot imagina procese de tratare a unor materiale care sa fie facute sa leviteze, sa produca electroni (curent electric) in exces – pompa de electroni din mediu, calculatoare cuantice, aplicatii in medicina, etc.

Bibliografie:

1. http://phys.org/news/2015-01-magic-quantum-revealed-cold-atoms.html

2. https://en.wikipedia.org/wiki/Chern_class

Advertisements
This entry was posted in Anunturi, Magneti, Walter Russell and tagged , , , , , . Bookmark the permalink.

One Response to Starile topologice ale materiei. Ce sunt si ce importanta practica au?

  1. Silviu says:

    Ar mai fi de amintit si electromagnetul lui Floyd, care era alcatuit dintr-un magnet mai special, in sensul ca era magnetizat de el insusi, iar specificatiile despre felul de magnetizare folosit de Floyd nu se cunosc.

    Interesant e faptul ca electromagnetul intra in rezonanta cu reteaua si genereaza curent de 60 de hz (USA). Si mai interesant este faptul ca daca atingeai firele pentru un mic scurt, genera flama alba iar firele erau pline de chiciura. De notat si faptul ca cu cat scotea mai multa putere din el, scadea in greutate pana acolo ca ajungea sa leviteze.

    Este evident ca aceste comportari nu se gasesc la dispozitivele bazate pe legile fizicii si termodinamice actuale. E clar ca trebuiesc regandite.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s