Chtěli byste si detekovat gravitační vlny v pokoji? Zní to šíleně. Soudobé gravitační observatoře, jako je třeba slavné LIGO mají rozměry v kilometrech. Jenomže to není hoax. Ryan Marshman z britské University College London a jeho kolegové navrhli detektor gravitačních vln s nanodiamantem, který by se vešel na stůl. Jestli takový detektor skutečně spatří světlo světa, tak to bude znamenat revoluci ve fyzice.
Malý detektor gravitačních vln Marshmanova týmu obsahuje nanodiamant s defektem, takzvaným NV (nitrogen-vacancy) centrem. Takový defekt vznikne nahrazením dvou atomů uhlíku z krystalové mřížky diamantu atomem dusíku (nitrogen) a prázdným místem (vacancy).
Jak by něco takového mohlo detekovat gravitační vlny, když pro mamutí detektory LIGO je to hraniční záležitost? Autoři designu detektoru k tomu využívají elektron umístěný ve zmíněném NV centrum nanodiamantu. Z jeho magnetického spinu je totiž možné odečítat nepatrné interference, které vyvolávají procházející gravitační vlny, takže zařízení funguje jako svého druhu interferometr. V tomto případě funguje celý nanodiamant jako velký kvantový objekt.
Dnešní nejlepší interferometry pro detekci gravitačních vln, tj. LIGO apod., jsou gigantické a používají k měření laserový paprsek. Stolní detektor gravitačních vln s nanodiamantem využívá kvantový jev aktivovaný fotonem. Jak uvádějí badatelé, nová technologie, která vlastně vznikla jako byprodukt jiného výzkumu, se uplatní i v dalších typech měření, než je zrovna detekce gravitačních vln. Lze ji využít v mnoha různých situacích v řadě odvětví, jako je například fyzika ultranízkých energií anebo vývoj kvantových počítačů.
Jistou vadou na kráse je, že zatím jde o zcela teoretický výzkum. Potřebné technologie jsou sice již k dispozici, pro postavení stolního gravitačního detektoru ale bude nutné vyvinout nová technická řešení. Prý by to ale nemělo trvat moc dlouho, takže takový detektor by měl být k dispozici v relativně dohledné době. Vývoj gravitačního detektoru s nanodiamantem je součástí výzkumného programu, jehož cílem je zjistit, zda je gravitace kvantovým jevem. V příštích desetiletích se můžeme těšit na spoustu zajímavých výsledků.
Video: Exploring New Worlds with Quantum Diamonds – Ron Walsworth
Literatura
Nejmenší a nejodolnější rádio světa funguje díky defektům v diamantu
Autor: Stanislav Mihulka (20.12.2016)
Miniaturní urychlovače přicházejí: AWAKE urychlil první elektrony!
Autor: Stanislav Mihulka (31.08.2018)
Ultrarychlý zdroj fotonů otevírá cestu ke kvantovému internetu
Autor: Stanislav Mihulka (17.10.2018)
Diskuze:
Wow
Václav Dvořák,2020-09-17 00:06:17
Pokud takový "kvantový" detektor gravitačních vln bude fungovat, tak to snad překoná i pověstný trikordér ze Startreku. Například pokud by se takový senzor stal běžnou součástí pokročilejších smartphonů...
Za mně coby laika naprosté scifi, kterému snad může konkurovat jen nějaké budoucí zvládnutí teleportace celých atomů nebo možná i větších struktur z reálného makrosvěta.
A jak dopadl ten kvantový?
Lukáš Fireš,2020-09-13 19:23:20
https://www.osel.cz/9493-novy-kvantovy-gravimetr-potesi-geology-a-prospektory.html
"... LIGO ... tvoří ramena o délce 4 kilometry. A teď si představte takovou gravitační observatoř zmenšenou do takřka kapesní velikosti." Stanislav Mihulka, 05.08.2017
Re: A jak dopadl ten kvantový?
Vít Výmola,2020-09-14 10:51:33
Ten starší článek popisuje gravimetr. Nevím, kde je mu konec, ale i tak šlo "jenom" o citlivé měření velikosti gravitačního pole. Nevím, jestli něco takového je vůbec schopné detekovat gravitační vlny - už z principu. Zmínky o LIGO byly spíš matoucí, k porovnání citlivosti a taky tak trochu reklamní.
Re: Re: A jak dopadl ten kvantový?
Lukáš Fireš,2020-09-14 17:22:22
Koukám, že to tam v komentářích zmiňuje už Radoslav Porizek. Každopádně jsem si chtěl jen udělat obrázek o realizovatelnosti nových technologií / předpovězené miniaturizace, ať už jde o gravimetry, urychlovače nebo LIGO "v kapse".
Re: Re: A jak dopadl ten kvantový?
Václav Dvořák,2020-09-17 00:13:08
Laicky to chápu tak že gravitační vlna z dalekého vesmíru musí mít obrovskou vlnovou délku tzn. změní časoprostor s pomalým gradientem na velké ploše. Gravimetr to proto nebude schopen detekovat, protože ten posun je vzhledem k jeho velikost příliš malý. Ale pokud budeme měřit něco tak titěrného jako je spin elektronu tak by to mohlo fungovat i v malých zařízeních. Jinými slovy citlivost takového měřiče bude nesmírná a díky ukotvení do diamantu ho nezničí výkyvy silných gravitačních změn na krátkých vlnových délkách z blízkých hmotných objektů. Zároveň je to asi i inspirace pro jiné typy kvantových detektorů, které by snad mohly posunout citlivost různých senzorů čehokoli o několik řádů... současná šumová čísla by tak získala úplně jiný "dinosauří" význam.
Pakliže jsou Britové u návrhu
Martin Redl,2020-09-11 21:00:55
Pakliže jsou Britové u návrhu, znamená to, že Huawei přijde s gravitačním nanodiamantovým detektorem v mobilu před Vánoci.
Čarodějnictví
Vratislav Rýpar,2020-09-11 14:49:50
S radiotechnikou jsem se začal seznamovat v padesátých letech, kdy v masivních zařízeních žhnuly elektronky a vlny se šířily potrubím zvaném vlnovody. Kdyby tou dobou někdo začal popisovat obyčejný mobil, důvodně bych to považoval za bohapustou fantasii, odporující fysikálním zákonům. Kdyby někdo tenkrát začal popisovat kompaktní GPS blok, šilhající na jakési satelity na oběžné dráze a z jakýchsi fuzzy, bez patřičné parabolické anteny zacycených signálů, v reálném čase počítal souřadnice místa, bral bych to za nesmysl a halucinatorní fantas.
To, že takové věci reálně existující jako naprostá samozřejmost, lze bez nadsázky označit za čarodějnictví sui generis.
Takže jsem se postupně odnaučil divit se, a přijmout to, že čarodějnictví holt patří k soudobému běžnému životu. Přestože k základu kteréhokoliv z oněch současných kouzel lze vlastně zcela racionálně proniknout, k jejich souhrnu již jednotlivec proniknout nemá šanci. To už se pak jeden ani divit nestačí.
Čarodějnictví holt považuji za každodenní realitu současnosti.
Takže pokud vznikne detektor založený na nanodiamantu s NV (nitrogen-vacancy) centrem, který by se vešel na stůl, vlastně se už ani divit nebudu.
Tož asi tak...
Re: Čarodějnictví
Milanko Baranek,2020-09-11 19:42:39
Ja som podobný prípad. Prekvapilo ma napríklad kam zmizli cievky a LC rezonančné obvody vôbec.
Re: Re: Čarodějnictví
Milanko Baranek,2020-09-11 19:45:04
Nemám potuchy ako funguje spomínaný interferometer. Mám pocit, že chytí gravitačné vlny o oveľa kratšej vlnovej dĺžke ako LIGO.
Re: Re: Re: Čarodějnictví
Václav Dvořák,2020-09-17 00:21:54
Jj, přesně tak. Každý elektrikář, co byl cepovaný na počítání s vlnovými délkami, amplitudami nebo charakteristikami vf obvodů má hned asi (částečně) jasno. Ostatní to, jak vidím v některých komentářích, považují za magii a kouzla :D
Osobně budu za magii považovat až třeba úspěšnou teleportaci kompletních hmotných struktur a věci ležící ještě dál (raději se už nebudu nechávat unášet fantazií, a že by různých takových predikcí a hypotetických možností bylo hodně).
Re: Re: Čarodějnictví
Xavier Vomáčka,2020-09-11 21:52:43
Nezmizely, akorát jsme se technologicky posunuli z řádu MHz do GHz, tak jsou jen řádově menší..
Re: Re: Re: Čarodějnictví
František Kroupa,2020-09-11 22:29:23
Zčásti opravdu zmizely. Místo LC filtrů (třeba mezifrekvenčních) se používají filtry krystalové či keramické, nebo se filtry rovnou realizují softwarově.
Re: Re: Re: Re: Čarodějnictví
Xavier Vomáčka,2020-09-12 21:04:25
Krystalové (např. můstkové) filtry se už zcela běžně používali v 70. letech... a abych mohl dnes postavit digitální filtr, musím stejně ten signál navzorkovat (a dodržet vzorkovací teorém), takže mi stejně nezbude než udělat nějakou tu MF, už kvůli selektivitě (zrcadlové i blízké). Akorát jsou dneska ty věcičky LC vychytané tak, že vlastně celý LC obvod je jen pár plošek a čar na plošňáku :)
Re: Re: Re: Re: Re: Čarodějnictví
Václav Dvořák,2020-09-17 00:24:52
Takže ty GHz mají i své výhody. I pasivní součástky (nejen IO) se vlastně mohly zmenšit. Samozřejmě je to v nepoměru k nanometrům, ale určitě lepší jak olbřímí cívky (a kapacitory) třeba ve starých přijímačích pro I. TV pásmo :)))
Rotace
Antonín Abrams,2020-09-11 13:54:24
Gravitace je důsledek otáčení vesmíru, vlastnosti Gravitonu jsou dány zakřivením časoprostoru.
Pan Grygar a já považujeme detekci gravitačních vln za čarodějnictví.
Děkuji za pozornost.
Re: Rotace
Leopold Kyslinger,2020-09-11 15:02:33
Hm…článek je o otázce jestli je gravitace kvantový jev. V případě, že by odpověď byla kladná, bylo by možné mluvit o gravitonu … tedy kvantu gravitace. O otáčení vesmíru jsem vážně ještě nikdy neslyšel, natož z úst RNDr. Jiřího Grygara CSc. Zato jsem vždy slyšel, že gravitace je projev prostoru deformovaného hmotou. Z jistých okolností – například při srážce (splynutí) dvou obrovských hmot se prostor rozvlní. Proč by to nemělo jít detekovat?
Re: Re: Rotace
Antonín Abrams,2020-09-11 15:13:20
Nikde jsem nepsal, že to řekl RNDr. Jiřího Grygara CSc., řekl to o tom čarodějnictví.
Všechno se točí, proč by nemohl vesmír? Za tu deformací a zakřivení jsou odpovědné gravitony. Deformace ano, vlnění nikoliv.
Re: Re: Re: Rotace
Jan Novák9,2020-09-11 19:51:06
Vlnění jde popsat jako periodická deformace, např. vodní hladiny.
Gravitace jako důsledek otáčení vesmíru - jasně, chápu. Takže na straně zeměkoule obrácené směrem ke středu otáčení padá vše dolů...
... a na straně obrácené směrem od středu otáčení padá vše nahoru? Nebo věříte v zeměplochu?
Re: Re: Re: Re: Rotace
Martin Zeithaml,2020-09-11 22:57:15
:) :) věřím, vědeckou práci od Terryho Pratchetta, jsem četl několikrát :)
Re: Re: Re: Rotace
Správce Serveru,2020-09-11 20:54:33
Na pana Abramse neradno reagovat. Vystupuje zde pod celou nicků: například jako Josef Ovčák, Jánoš Temnoš, Játomil Rozený, Jarin Udatný, Jonathan Novák, Joseff Novák, Anton Antonovič, Mim Inová, Franta Dobrota, Rudolf Císař a nebo jako Mok Mozkomíšný.
Re: Re: Re: Rotace
Václav Dvořák,2020-09-17 00:31:28
Vesmír je pravděpodobně do sebe zakřivený, což vyplývá z reliktního záření. Jestli se točí a kolem čeho, to je otázka... Akorát nevím jak s tím souvisí pan Grygar, to je nějaká vaše licence. Stejně jako tvrzení o Gravitonech, které jsou čistě hypotetické.
Já bych řekl, že je možné předpokládat, že existuje nějaké jemnější a více energetické pole mimo standardní model, které je mimo jiné nositelem gravitace ("gravitony") a signalizace kvantových jevů na dálku (např. provázanosti). Ale je to jen vzdálená hypotéza nebo "tušení" nějaké souvislosti, nedovolil bych si s tím, na rozdíl od vás, pracovat jako s faktem. To by bylo čisté šarlatánství.
Re: Rotace
Michal Varga,2020-09-14 21:53:16
To s tymi gravitacnymi vlnami zas nie je az taka magia. Technicky je asi nemozne vytvorit gravitacny majak, ktory by fungoval tak, ze sa hmota objavuje a mizne. To by bolo idealne, gravitacne pole by zapinalo a vypinalo, co by do okolia vysielalo vlny. Ale nieco podobne sa deje ked okolo seba rotuju dve telesa. Ked su z naseho pohladu vedla seba, gravitacne pole ma iny tvar ako ked su z nasho pohladu za sebou. A striedanim tychto poloh sa periodicky meni charakter tohoto pola, cim rychlejsie okolo seba objekty obiehaju, tym je to viac citit. V istej faze splynutia ciernych dier sa dokonca mozu aplitudy tak nakopit, ze sa nahromadia a spocitaju do jednej velkej vlny (nieco ako sonicky tresk pri prekroceni rychlosti zvuku).
Re: Re: Rotace
Václav Dvořák,2020-09-17 00:34:30
Takové pole by mohlo být i nositelem "antigravitace" při určité konstelaci a určité modulaci vln. Podobné chování pokud si vzpomínám bylo pozorované u zvukových vln v prostoru, které se šířily v paralelním směru s hmotným tělesem (Země).
Re: Re: Re: Rotace
Michal Varga,2020-09-18 00:06:48
Takto. Gravitacia deformuje priestor aj bez pritomnosti gravitacnych vln, v pripade ak posobi konstatne. Takze aj keby sme gravitacne vlny vyrusili dvoma protichodnymi vlnami, antigravitacny efekt sa konat nebude. Mna vsak v suvislosti s gravitacnymi vlnami fascinuje ina vec a to je trajektoria vlny. Bezne svetlo sa pohybuje zakrivenym priestorom, takisto aj my existujeme v zakrivenom priestore, v dosledku coho stojime nohami na zemi. Ale vlna sa siri skrz zakriveny priestor. Jej pohyb neovplyvnuju ine gravitacne polia, prechadza priestorom ako by bol plochy a jeho zakrivenie iba zvyraznuje. Uz len ta predstava, ze sa nieco (informacia) siri “skrz” zakriveny priestor je zaujimava. Keby som sa ja dokazal pohybovat nezakrivenym priestorom, mal by som pocit, ze niekto “vypol” gravitaciu a mozem sa vznasat. Verim, ze to je cesta k antigravitacii.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
