Физики из Японии совершили прорыв в области левитации, отказавшись от использования электричества

Новости МирТесен

Специалисты из Института науки и техники Окинавы (OIST) достигли значительного прогресса в области левитации, разработав крупногабаритную магнитную плиту, позволяющую поднимать редкоземельные магниты в воздух без использования внешнего источника энергии. По мнению разработчиков, эта разработка может расширить возможности изучения основополагающих физических процессов, в частности, взаимодействия тёмной материи и гравитационных волн.

Микроволновые датчики обычно чувствительны к воздействию окружающей среды, что может снижать точность получаемых измерений. В отличие от них, макроскопические магнитные системы, функционирующие при комнатной температуре, характеризуются простой конструкцией и устойчивостью к внешним факторам, поскольку они реагируют на силу тяжести. Благодаря этим качествам, они являются отличным инструментом для экспериментов, предназначенных для измерения гравитационных эффектов и изучения границ между квантовым и классическим миром.

Основным препятствием для макроскопических систем является эффект токов Фуко, возникающий из-за взаимодействия проводника и магнитного поля. При движении электропроводящего материала вблизи магнита формируются циркулирующие электрические токи, которые и называют токами Фуко. Исследователи отмечают, что, хотя этот эффект находит применение в различных областях, таких как поезда на магнитной подушке, для высокоточных измерений сила трения, обусловленная им, оказывает неблагоприятное воздействие.

В рамках предыдущих попыток решения задачи была разработана пластина, состоящая из графитового порошка с покрытием из диоксида кремния и расположенная в восковой среде. Такая среда служила для ограничения распространения токов Фуко, которые возникали в пределах отдельных частиц графита и вызывали помехи. Тем не менее, эта конструкция значительно снижала способность системы к левитации, что создавало трудности при интеграции устройства в другие приборы.

Предложенное решение предполагает использование цельного графитового диска, что позволяет обойти ограничения, свойственные предыдущим разработкам. Компьютерное моделирование, проведённое разработчиками, показало, что роторный диск характеризуется минимальным трением, поскольку при вращении вокруг оси магнитное поле остаётся стабильным, что исключает влияние токов Фуко.

В обновлённом дизайне предусмотрено четыре элемента: графитовый диск и три постоянных магнита. Это позволило команде разработать безупречный прототип, функционирующий без внешней энергии.

Далее планируется оптимизировать конструкцию с целью повышения точности производства дисков и магнитов, а также уменьшить сопротивление воздуха за счет создания вакуумной среды. По мнению разработчиков, при достижении оптимальных параметров, данная система может послужить базой для высокоточных датчиков, функционирующих в миллиметровом диапазоне, в отличие от общепринятых нанометровых.

Дэхи Ким, аспирант-исследователь и первый автор статьи, отметил, что созданный ими метод может послужить основой для разработки принципиально новых квантовых платформ. По его словам, снижение частоты вращения роторного диска позволит перейти к квантовому режиму, что откроет возможности для изучения уникальных квантовых явлений, например, суперпозиции состояний и эффекта вакуумной гравитации.

Исследование опубликовано в научном журнале .