Diamanty nejsou jenom pro okrasu. Týká se to mimo jiné i nanodiamantů, které jsou příliš malé na to, aby mohly esteticky potěšit případného diváka. Přesto ale nacházejí uplatnění v celé řadě aplikací, včetně napínavého výzkumu.
Tým americké Purdue University polechtal levitující nanodiamanty laserem a roztočil je šílenou rychlostí 1,2 miliardy otáček za minutu. Jak lakonicky poznamenal Michael Irving z platformy New Atlas, nejde jen o nejmenší diskokouli na světě, ale také je to pozoruhodný nástroj pro kvantové fyziky.
Jak udělat z nanodiamantů diskokouli? Nejprve je nutné vyrobit nanodiamanty o průměrné velikosti 750 nanometrů, za vysokého tlaku a teploty. Pak Tongcang Li a jeho kolegové ozářili nanodiamanty vysokoenergetickými elektrony, aby v nich vytvořili defekty ve formě NV center (nitrogen-vacancy), které je možné využít k uložení kvantové informace.
Současně vytvořili iontové pasti (surface ion trap) nanesení tenké vrstvy zlata na safírový podklad. Ve zlaté vrstvě vyleptali strukturu ve tvaru řeckého písmene omega. Když je iontová past připojena k elektrickému proudu a umístěna ve vakuu, vznikne elektromagnetické pole, v němž nanodiamant levituje nad povrchem.
Nanodiamant rotující rychlostí 1,2 miliardy otáček za minuty zaslouží respekt. Do rekordně rychle rotujícího objektu má ale daleko, i když nositelem tohoto rekordu je shodou okolností stejný výzkumný tým z Purdue, jak jsme psali na OSLU v červenci 2018. Li a spol. dokázali roztočit nanočinku oslňující rychlostí 300 miliard otáček za minutu.
V případě rotujících nanodiamantů šlo o praktičtější záležitost než o Guinnessovův rekord. Když badatelé osvítili rotující nanodiamant zeleným laserem, začal sám zářit červeně. Díky tomu bylo možné odečítat spiny elektronů v NV defektech nanodiamantu. Současně ozařovali nanodiamant infračerveným laserem, což přineslo informaci o jeho rotaci. Porovnání obou měření prozradilo, jak divoká rotace ovlivňuje kvantovou informaci uloženou v NV defektech. Zní to nevinně, ale hrátky s nanodiamanty, lasery a vakuem mají ve skutečnosti co dělat s ostře sledovaným výzkumem kvantové gravitace.
Video: Levitating diamond in vacuum with a surface ion trap
Literatura
Levitující nanočástice dočasně porušuje 2. termodynamický zákon
Autor: Stanislav Mihulka (07.04.2014)
Jak zastavit elektrony? Chce to extrémně intenzivní laser
Autor: Stanislav Mihulka (10.02.2018)
Ďábelsky pohyblivé nanočinky jsou nejrychleji rotujícím objektem na světě
Autor: Stanislav Mihulka (22.07.2018)
Diskuze:
Na konec rychlosti a dál
Mintaka Earthian,2024-08-16 07:18:34
Takže by mohlo jít, tímto principem, roztočit objekt tak, aby měl obvodovou rychlost blízkou rychlosti světla?
A při vhodném vyladění, např, neprůsvitná kulička menšího poloměru, uvnitř průsvitné kuličky, osvitu z více stran,... by šlo urychlovat tak, aby obvodová rychlost průsvitné kuličky byla "vyšší než rychlost světla"?
Proč by to nešlo? odstředivou silou by se to roztrhalo?
Re: Na konec rychlosti a dál
Ežo Vlkolinský,2024-08-16 08:12:11
Žiadne obmedzenie by nemalo byť vo frekvencii gravitačných vĺn vysielaných pri splynutí čiernych dier. Singularity majú nulový polomer.
Re: Na konec rychlosti a dál
Florian Stanislav,2024-08-16 09:35:47
Obvodová rychlost nanočástice z článku v = 2* 3,14*r*f =2*3,14*3,75E-7[m]*2E+7[s-1] = 47 [m/s].
Re: Re: Na konec rychlosti a dál
Mintaka Earthian,2024-08-16 13:18:52
Zatím jen 47 m/s, tak to je ještě běh na dlouhou trať, i když zmiňované roztočení "čínky" na 300 miliard/min dává naději, že je šance s něčím točit ještě rychleji.
Re: Na konec rychlosti a dál
Pavel Kaňkovský,2024-08-16 22:21:07
Pokud byste, čistě hypoteticky, zkoušet roztočit takovou kuličku tak rychle, aby se obvodová rychlost blížila rychlosti světla, posuzováno pro jednoduchost z pohledu nějakého okolostojícího inerciálního pozorovatele, tak by hybnost částic na obvodu rostla z pohledu stejného pozorovatele k nekonečnu a s ní i odstředivá síla a kuličku by to nevyhnutelně rozervalo.
Re: Re: Na konec rychlosti a dál
F M,2024-08-16 23:13:30
Jen doplním tu nepříjemnost při pokusu dosažení rychlostí světla, kdy se začíná projevovat ta neintuitivní relativita. Tedy druhou stranu vzorce E=mc² tedy m=E/c² což se u vysokých rychlostí začíná projevovat "opravdovým" nárůstem hmotnosti (což se mění s pozorovatelem) a tím energie potřebné k dalšímu zrychlení i ty odstredivé síly: https://cs.wikipedia.org/wiki/Relativistick%C3%A1_hmotnost vzorec je až na konci. Z tohoto potom plyne ten limit rychlosti světla, kdy ke každému drobnému nárůstu rychlostí je třeba stále více energie až po to nekonečno. A nepomůže ani rotace světelný rok dlouhou tyčí.
A ještě potrhnu již zmíněnou "slabost" chemických vazeb. Dopustím se, myslím pravdivého, vtipu: Z pohledu energií a sil při relativistických rychlostech bude nerozlišitelná "nesoudržnost" vody od diamantů, oboje nebude klást prakticky žádný odpor. Ještě jeden žert nežert, zde se nerozbíjí kameny, ale sráží částice.
Prosím nechytat za slovíčko, snažil jsem se vyjádřit pochopitelně princip.
Re: Re: Re: Na konec rychlosti a dál
Pavel Kaňkovský,2024-08-18 15:32:25
Energie (a z ní odvozená hmotnost) a hybnost (ta tradiční třírozměrná) jsou samozřejmě ve skutečnosti jen částečné pohledy na čtyřhybnost, což je ta skutečná veličina popisující dynamiku ve speciální teorii relativity.
Re: Re: Re: Re: Na konec rychlosti a dál
F M,2024-08-20 20:02:12
Teď jste mě navedl na dobré, relativně jednoduché vysvětlení a potvrzení, že hmotný předmět nemůže překročit tu c: https://cs.wikipedia.org/wiki/Pythagorova_v%C4%9Bta_o_energii
Ta část o částici s nenulovou hmotností. Každopádně to chce pochopit jak funguje ten Lorentzův faktor (při c se dělí nulou).
Ještě přihodím odkaz rovnou na ty čtyřvektory, ale tam se orientuji jen tak v základech, na to se chystám, stejně jako na ty topologie, ale nějak se nemůžu dokopat: https://cs.wikipedia.org/wiki/%C4%8Cty%C5%99vektor
Re: Re: Na konec rychlosti a dál
Ežo Vlkolinský,2024-08-17 07:22:30
Čierna diera je maximálne možné stlačenie. Nemá ju čo rozervat.
Re: Re: Re: Na konec rychlosti a dál
F M,2024-08-17 11:28:15
To byla reakce na ten diamant "běžnou hmotu". U té ČD si to příliš netroufnu komentovat. Jen bych dodal, že se nepředpokládá, že tam nějaká singularita bude, ta tam jen vychází ze stávajících rovnic a stejně tak nikdo neví co se děje pod horizontem událostí. U kolabujících rychle rotujících objektů se s odstředivými silami počítá (pokud si pamatuji;spolurozhoduje to o tom zda a jak ke kolapsu dojde), pokud by byla známa struktura pod horizontem tak by to jistě bylo stejné, přesnější vyjádření by bylo, že ty síly nemohou stačit na roztržení ČD. K tomu ještě relativita času a volba pozorovatele a je z toho guláš kdy na nějaké rozumné prohlášení je třeba buď hodně společných znalostí, nebo dlouhý článek, nejspíše obojí a samozřejmě spousta matematiky. Každopádně je to mimo mé schopnosti provést to korektně, mimo tyto drobná upřesnění.
Ještě přidám jeden vtípek/otázku i když si myslím, že odpověď je zřejmá z formulace, jde samozřejmě o nesmysl: Vtipné by bylo, pokud by objekt zkolaboval/octnul se pod horizontem díky množství té kinetické (rotační) energie, která ho trhá.
Re: Re: Re: Na konec rychlosti a dál
Mintaka Earthian,2024-08-17 13:15:08
Jupíí, roztočíme černou díru na teoretické maximum a pak ještě víc.
...stačí nějakou malou...
Nemá to spojitost s "vypařováním" černých děr, že se tam něco "točí/pohybuje" příliš rychle?
Re: Re: Re: Re: Na konec rychlosti a dál
Ežo Vlkolinský,2024-08-18 09:18:00
Ale vážne, gravitačné vlny sú jediným spôsobom skúmania čo je pod horizontom. Horizont neplatí pre gravitáciu.
Re: Re: Re: Re: Re: Na konec rychlosti a dál
F M,2024-08-18 10:06:37
Takto bych to nepsal, předpokládá se, že ČD pohlcuje i gravitační vlny a "zevnitř horizontu" nemohou uniknout, to je tuším i dokázáno rudým posunem GW, které se v tomto chovají stejně jako světlo. Sledují se GW vznikající/unikající směrem od horizontu. To zkoumání o kterém píšete je tuším spíše o nalezení nějakého rozdílu, něčeho ho co se nepředpokládá/je v rozporu. Ve hře je spousta možností a většina jistě ještě ani nikoho nenapadla včetně toho, že žádný horizont událostí neexistuje. Gravitace směrem ven z ČD je způsobena prostě přítomností té hmoty, tedy deformací časoprostoru v těch jednotlivých místech v okolí. A ještě je tam ta dilatace času a vnější pozorovatel a ne/možnost toho, že se něco v "čase vnějšího pozorovatele" v ČD uděje (ta nekonečna).
Re: Re: Re: Re: Re: Na konec rychlosti a dál
Pavel Kaňkovský,2024-08-18 13:56:21
Pane Vlkolinský, z Vašich opakovaných prohlášení by jeden snadno nabyl dojmu, že jste už několik černých děr osobně prozkoumal a nejméně dvakrát jste se byl podívat i pod jejich horizontem.
Posuzováno z hlediska, řekněme, tradiční fyziky, jsou to, co tvrdíte, hlouposti (jemně řečeno). Jeden velmi jednoduchý protiargument: Tvrdíte, že horizont událostí "neplatí pro gravitaci", zřejmě na základě toho, že díra gravitačně působí na své okolí (nějak tak jste to zdůvodňoval minule), a tudíž nepředstavuje hranici pro gravitační vlny. Ale černá díra může mít i náboj, tedy analogicky by horizont neměl "platit" pro elektromagnetismus a měly by skrz něj pronikat i elektromagnetické vlny, ne? Co by to pak bylo za horizont?!
Pokud své úvahy zakládáte na nějaké "alternativní" fyzice, tak byste to měl být aspoň předvést nějakou logicky koherentní teorii, její soulad s tím, co bylo pozorováno, a pokud možno i nějaké pozorování, které Vaše teorie vysvětluje lépe.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Na konec rychlosti a dál
Ežo Vlkolinský,2024-08-19 14:51:58
Máte pravdu, nie som tak prudko múdry ako vy, skôr naopak. Ak vás irituje, že sa my hlupáci zaujímame o fyziku, tak nás proste ignorujte. Istotne ste osobne zblízka preskámal veľa ČD vrátane priestoru pod horizontom udalostí. To vo mne vzbudzuje úctu. Určite existujú nepatrné rozdiely medzi vyžarovaním gravitačných vĺn z dvojice splývajúcich ČD a vyžarovaním elektromagnetických vĺn, ktoré nemôžete hlupákom vysvetliť a ja to rešpektujem.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Na konec rychlosti a dál
Pavel Kaňkovský,2024-08-20 22:10:08
Myslím, že je dost velký rozdíl mezi tím, když se o něco zajímáte a přijímáte informace za účelem vlastního poučení, a tím, když o tom něco sám říkáte nebo píšete a šíříte informace dál. To první mi nijak nevadí. V tom druhém případě máte bych si dovolil tvrdit, že máte morální povinnost nešířit bludy... nebo (v snad o něco lepším případě) nepodložené spekulace vydávané za skutečné poznatky. A pokud to vypadá, že se někdo něčeho takového dopouští, tak mi zdá, že ostatní (např. já) mají jakýsi morální závazek na to upozornit, aby dotyčný svým tvrzením neoblboval ostatní.
Já jsem žádnou černou díru neprozkoumal. To ve skutečnosti neudělal nikdo. Něco málo, co by odpovídalo teoreticky předpovězeným vlastnostem černách děr, se povedlo pozorovat, zejména přes ty gravitační vlny, ale většina vlastností pořád zůstává čistě teoretickým výsledkem obecné teorie relativity, navíc obvykle získaných za cenu různých zjednodušení, které možná nebrání a možná brání tomu, aby ty výsledky byly relevantní pro skutečný vesmír (asymptoticky plochý prostoročas apod.). Nicméně některé z výsledků je naprosto fundamentální. Např. ten, že kauzální struktura prostoročasu je jen jedna a platí stejně pro elektromagnetismus jako pro gravitaci. A také ten, že co se stane pod horizontem událostí, to zůstane pod horizontem událostí (jinak by to nebyl horizont). Pokud to chcete nějak zpochybnit, tak byste se měl řídit pravidlem, které v moderní době proslavil Carl Sagan, že mimořádná tvrzení vyžadují mimořádné důkazy.
Jsem dalek toho tvrdit, že OTR je jediná možná a naprosto úplná a bezchybná teorie gravitace. Přinejmenším bude potřeba najít nějaký způsob, jak OTR smířit s kvantovou mechanikou, a existují různé více či méně divoké pokusy tak provést, ale nevím o žádném, který by nějak zásadně překročil hranici mezi teoretickými spekulacemi a empiricky testovatelnou teorií. A už vůbec o žádném, který by podporoval to, co tvrdíte. Ale třeba se mýlím, to můžete snadno dokázat, pokud uvedete nějaký příklad.
Nerozumím úplně tomu, o jakých "nepatrných rozdílech ve vyzařování" píšete. Přinejmenším existuje jeden dost velký rozdíl v tom, že elmg. vlny mohou být dipólové, zatímco gravitační až kvadrupólové.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
