Projekt SupraDesign: znaczenie dla nauki

Wszyscy ci, którzy chcą się dowiedzieć więcej na temat nadprzewodnictwa, o badaniach w tym temacie, o nowoczesnym zastosowaniu, a także o wydarzeniach organizowanych we Francji, na cześć stulecia nadprzewodnictwa, mogą być zainteresowani SupraDesign, stroną internetową oraz wystawą, która ma miejsce od 6 września 2011 roku do 19 listopada 2011 roku w Pierre Gilles de Gennes–ESPCI ParisTech w Paryżu.

Profesor Julien Bobroff, fizyk w laboratorium Fizyki ciała stałego Uniwersytetu Paris XI, został poproszony przez centrum badań CNRS o zorganizowanie Roku Nadprzewodnictwa 2011.

Setne urodziny odkrycia zjawiska nadprzewodnictwa

W tym projekcie chodzi o skorzystanie z setnych urodziny tego odkrycia, czyli zjawiska nadprzewodnictwa, które miało miejsce w dniu 8 kwietnia 2011 roku. Odkrycia tego dokonał holenderski naukowiec o nazwisku Kamerlingh Onnes, a wystawa SupraDesign jest dobrą okazją, aby przedstawić opinii publicznej ogromne znaczenie fenomenu nadprzewodnictwa - które pozostaje zresztą bardzo aktywną domeną głębokich badań w fizyce - oraz bogactwo jego zastosowań.

Odkrycie nadprzewodnictwa

Holenderscy uczeni, Heike Kamerlingh Onnes oraz Gilles Holst, zmierzyli odporność elektryczną rtęci schłodzonej płynnym helem, a tym samym odkryli nadprzewodnictwo, obserwując, że aż do 4,2 Kelvina opór rtęci jest zerowy. Jak mówi profesor Bobroff, nadprzewodnictwo ma bardzo konkretne zastosowanie w naszym życiu, ponieważ wystarczy tutaj powiedzieć, że najbardziej skuteczne filtry dla masztów telefonii komórkowej, jakie aktualnie mamy do dyspozycji, posługują się nadprzewodnikami.

Istnieją również techniki obrazowania medycznego, które odwołują się do nadprzewodnictwa: obrazowanie rezonansem magnetycznym oraz magnetoencefalografia.

Lewitacja magnetyczna

Jednym z najbardziej frapujących zjawisk, jakie są związane z nadprzewodnictwem, to fenomen lewitacji magnetycznej. Chodzi tutaj o lewitację zupełnie odmienną od tej, z jaką możemy się spotkać posługując się dwoma magnesami, które się odpychają.

Jak wyjaśnia profesor Bobroff, warto zastanowić się nad tym, co się może stać w naszym życiu codziennym, jeśli któregoś dnia naukowcom uda się sprawić, iż niektóre materiały staną się nadprzewodnikami w temperaturze otoczenia, czego jeszcze do tej pory naukowcy nie potrafią zrobić. Gdyby nadprzewodnictwo istniało w temperaturze otoczenia, możemy je sobie wyobrazić bardzo blisko ciała, w akcesoriach sportowych.

Plecak, który już nie ociera pleców, lewitujące podeszwy albo lewitujące ochraniacze na kolana, które już więcej nie mają kontaktu ze skórą? Być może, któregoś dnia, dzięki materiałom tekstylnym nadprzewodzącym, będzie to możliwe... Nie da się ukryć, że cała ta idea jest zaskakująca: w jaki sposób można przytwierdzić plecak do koszulki przy pomocy magnesu, który w dodatku nawet nas nie dotyka? I jak chodzić lewitując dzięki lewitującym podeszwom nadprzewodzącym?

Jak wyjaśnia profesor Bobroff, nie jest to oczywiście możliwe przy użyciu normalnych magnesów, ponieważ trzeba, żeby części tych przedmiotów nie tylko się odpychały magnetycznie, ale także żeby pozostały przyczepione. Nadprzewodniki są bardzo szczególnymi magnesami, które posługują się zjawiskiem Meissnera. Klasyczny magnes jest więc schwytany w pułapkę magnesu nadprzewodnika. Pozostają one przyczepione naprawdę stabilnie, jednocześnie unosząc się w odległości około 1 cm od powierzchni.

Aktualnie, badacze są w stanie sprawić, że lewitują nawet przedmioty o wadze do kilku kilogramów. A zastanawiając się naprawdę poważnie nad praktycznym i wykonalnym zastosowaniem tego zjawiska, naukowcy przestudiowali możliwość przytwierdzenia magnesów do tkaniny skarpetki, aby możliwe było chodzenie unosząc się, co oczywiste, nad nadprzewodzącymi podeszwami.

Supracircus bawi i uczy

Supracircus to mini-cyrk, gdzie przedstawione są zwierzęta pochodzące ze świata nadprzewodnictwa. Supracircus można zobaczyć w trakcie SupraDesign, wystawy, której centralnym tematem jest właśnie nadprzewodnictwo, i która ma miejsce od 6 września 2011 roku do 19 listopada 2011 roku w Pierre Gilles de Gennes–ESPCI ParisTech w Paryżu. Wypełnione ciekłym azotem, zwierzęta te kołyszą się, tańczą, a także robią przeróżne akrobacje dzięki swoim „pastylkom” nadprzewodzącym.

Tajemnice nadprzewodników w wysokich temperaturach krytycznych

Z teoretycznego punktu widzenia, czy umiemy wyjaśnić, co się dzieje w nadprzewodnikach, w wysokich temperaturach krytycznych, takich jak miedziany? Jak mówi profesor Bobroff, nie wiemy jeszcze dokładnie, jakie mechanizmy wchodzą tu w grę. To, co na pewno wiemy, to fakt, że teoria BCS, która działa bardzo dobrze z konwencjonalnymi nadprzewodnikami, nie pasuje to tych niekonwencjonalnych nadprzewodników. Problemem jest zrozumienie, w jaki sposób tworzą się pary Coopera.

Nowe tropy pojwiły się ostatnio wraz z nadprzewodnikami opartymi na atomach żelaza. Naukowcy teraz zapytują się, czy to wyjaśnienie może również pasować do innych niekonwencjonalnych nadprzewodników.

Avatar Jamesa Camerona

W filmie tym widzimy, jak góry Hallelujah, które mają zawierać nadprzewodniki w temperaturze otoczenia, pływają nad Pandorą na wysokości powyżej 100 metrów. Czy jest to czyste science fiction, czy też możemy wobrazić sobie, jak przedmioty będą się unosić w ziemskim polu magnetycznym, jeśli jeszcze nie teraz, to może któregoś dnia?

Aby góry Hallelujah unosiły się na 100 m nad Pandorą, trzeba było dysponować polem magnetycznym 10 000 Tesli. Na ziemi, w laboratorium, osiągamy zaledwie 100 Tesli. Wystarczy powiedzieć, że pole magnetyczne, które panowało na filmowej Pandorze, to pole, które raczej możemy znaleźć w samym sercu gwiazdy neutronowej.

Przede wszystkim, trzeba jeszcze podkreślić, że przy takiej intensywności pola magnetycznego, normalna materia by eksplodowała. Pojawia się też inny problem: aby efekt Meissnera był naprawdę zdolny do unoszenia skalnych bloków w powietrzu, tak jak widzieliśmy to w filmie Avatar, pole magnetyczne musi się szybko zmieniać w przestrzeni, czego jednak nie obserwujemy na ziemi, na przykład.