Θεωρίες φυσικής

Κρύβεται κανένα μετα-υλικό στην Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου;

Ένας φυσικός υποστηρίζει ότι το κενό θα πρέπει να συμπεριφέρεται ως ένα μετα-υλικό σε υψηλά μαγνητικά πεδία. Τέτοια μαγνητικά πεδία πιθανώς να υπήρχαν στο πρώιμο σύμπαν, και γι αυτό προτείνει ότι μπορεί να ελεγχθεί η πρόβλεψη του παρατηρώντας την Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου (CMB) – κατάλοιπο του πρώιμου σύμπαντος και η οποία μπορεί να παρατηρηθεί και σήμερα.

Share

Ένας φυσικός υποστηρίζει ότι το κενό θα πρέπει να συμπεριφέρεται ως ένα μετα-υλικό σε υψηλά μαγνητικά πεδία. Τέτοια μαγνητικά πεδία πιθανώς να υπήρχαν στο πρώιμο σύμπαν, και γι αυτό προτείνει ότι μπορεί να ελεγχθεί η πρόβλεψη του παρατηρώντας την Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου (CMB) – κατάλοιπο του πρώιμου σύμπαντος και η οποία μπορεί να παρατηρηθεί και σήμερα.

Ο ουράνιος χάρτης του παλαιότερου φωτός στο Σύμπαν, όπου τα χρώματα δείχνουν "τη θερμότερη περιοχή" (κόκκινο) και την "πιο ψυχρή" (μπλε σημεία). Η ωοειδής μορφή είναι μια προβολή για να παρουσιάσει ολόκληρο τον Ουρανό. Οι λευκές ράβδοι παρουσιάζουν την κατεύθυνση της πόλωσης του παλαιότερου φωτός, που δίνει τις ενδείξεις για τα γεγονότα που συνέβησαν στο πρώτο τρισεκατομμυριοστό του ενός δευτερολέπτου του σύμπαντος.

Μία από τις πιο παράξενες προβλέψεις 2011 στη φυσική ήταν αυτή η πρόταση από τον Maxim Chernodub του CNRS (το Γαλλικό Κέντρο Επιστημονικών Ερευνών), ότι σε απίστευτα υψηλά μαγνητικά πεδία, μπορούν να προκύψουν από το κενό υπεραγώγιμες καταστάσεις. Κι αυτό είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον, επειδή μία από τις κύριες δυσκολίες που αντιμετωπίζουν οι επιστήμονες που εργάζονται στην παραδοσιακή υπεραγωγιμότητα είναι ότι οι προβλεπόμενες υπεραγώγιμες καταστάσεις εξαφανίζονται με την παρουσία ακόμα και μέτριων μαγνητικών πεδίων.

Σούπα από κουάρκ και αντικουάρκ

Τον Απρίλιο του 2011 ο Chernodub υποστήριξε ότι ένα εξαιρετικά υψηλό μαγνητικό πεδίο θα πρέπει να καθιστά το κενό υπεραγώγιμο κατά μήκος του άξονα του πεδίου – με το κενό να παραμένει μονωτικό στις κάθετες κατευθύνσεις του πεδίου. Η πρόβλεψη αυτή βασίζεται στην κβαντική χρωμοδυναμική (QCD), η οποία περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ κουάρκ και γκλουονίων. Η QCD αντιμετωπίζει το κενό όχι ως ένα άδειο χώρο, αλλά ως μία σούπα από εικονικά κουάρκ και αντικουάρκ, που συνεχώς εμφανίζονται και εξαφανίζονται.

Ένα δε πάνω (up) κουάρκ μπορεί να συνδυαστεί με ένα κάτω (down) αντικουάρκ για την δημιουργία ενός ρ μεσονίου (ro_meson) . Αυτά τα ρ μεσόνια είναι συνήθως τόσο ασταθή ώστε να εξαφανίζονται σχεδόν ακαριαία. Όμως, ο Chernodub υπολογίζει ότι μέσα σε μαγνητικά πεδία με ένταση μεγαλύτερη από 1016 T, τα ρ μεσόνια θα γίνονταν άμαζα και κατά συνέπεια σταθερά. Με τη σειρά του αυτό, προέβλεψε, θα οδηγούσε σε μια υπεραγώγιμη κατάσταση. Ωστόσο, θα ήταν αδύνατο να ελέγξουν αυτή την πρόβλεψη στο εργαστήριο σήμερα, επειδή εδώ στη Γη έχουμε προβλήματα παραγωγής σε πεδία πάνω από 100 T.

Τελευταία ο Igor Smolyaninov του Πανεπιστημίου του Maryland έχει δουλέψει πάνω στην ιδέα του Chernodub για να δείξει ότι οι παράλληλες γραμμές του μαγνητικού πεδίου στο κενό θα διευθετούνται έτσι ώστε να σχηματίσουν ένα τριγωνικό πλέγμα στο κάθετο επίπεδο προς το πεδίο – σαν ένα πλέγμα Abrikosov σε ένα υπεραγωγό. Το κενό κοντά σε κάθε μαγνητική γραμμή θα είναι ένας υπεραγωγός, ενώ οι περιοχές μεταξύ των γραμμών του πεδίου θα είναι μονωτές.

Παράξενες ιδιότητες

Η ρύθμιση αυτή είναι αρκετά παρόμοια με εκείνη ορισμένων τεχνητών μετα-υλικών που είναι φτιαγμένα από πλέγματα που περιέχουν περιοχές αγώγιμων και μονωτικών υλικών. Ο Smolyaninov έχει δείξει ότι αυτό το πλέγμα που προκαλείται από μαγνητικό πεδίο θα μπορούσε να λειτουργήσει ως ένα υπερβολικό μετα-υλικό. Τα εν λόγω μετα-υλικά έχουν τις παράξενες και αντιφατικές οπτικές ιδιότητες να έχουν αρνητικό δείκτη διάθλασης και να έχουν χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία σούπερ-φακών ικανών να αναλύσουν χαρακτηριστικά μικρότερα από το όριο περίθλασης, ένα όριο στην διακριτική ικανότητα που επιβάλλεται στους κανονικούς φακούς.

Φυσικά ενώ οι φυσικοί δεν έχουν πρόσβαση εδώ στη Γη σε μαγνητικά πεδία αρκετά ισχυρά ώστε να ελέγξουν τη θεωρία Smolyaninov, τα μαγνητικά πεδία στο σύμπαν στο πρώτο κλάσμα του δευτερολέπτου μετά το Big Bang μπορεί να ήταν αρκετά ισχυρά ώστε να οδηγήσουν στην υπεραγώγιμη κατάσταση που θέλει ο Chernodub. Το Σύμπαν στο σύνολό του μπορεί, ως εκ τούτου, να είχε συμπεριφερθεί σαν ένας γιγαντιαίος μεταϋλικός υπερφακός, υποστηρίζει ο Smolyaninov. Παρόλο που δεν έχει ακόμη κάνει μια σαφή, ελέγξιμη πρόβλεψη, ο Smolyaninov προτείνει ότι θα πρέπει να μπορούμε να δοκιμάσουμε την ιδέα του μεταϋλικού – και, κατά συνέπεια, όλη αυτή την ιδέα του υπεραγώγιμου κενού – εξετάζοντας για αποτυπώματα αυτού του φαινομένου (δηλαδή του εστιασμού) στη σημερινό δομή του σύμπαντος, και ιδίως στην CMB.

Ο Chernodub εντυπωσιάζεται και εξηγεί ότι, ενώ συνέχιζε να εργάζεται για την υπεραγωγιμότητα του κενού, είχε επίσης σκεφτεί για μετα-υλικά στην φυσική υψηλών ενεργειών, χωρίς ποτέ να συνδέει αυτές τις δύο έννοιες. «Τότε ο Smolyaninov έρχεται και λέει ‘Ξέρεις ο υπεραγωγός σας είναι ένα τέλειο μετα-υλικό’,» λέει γελώντας. «Ήταν σαν να έψαχνα για ένα νόμισμα και ήταν ακριβώς μπροστά από τη μύτη μου.»

Πάντως ο Chernodub όπως και ο κοσμολόγος Andrew Jaffe από το Imperial College του Λονδίνου έχουν επιφυλάξεις για τη δυνατότητα να ελέγξουμε αυτή την ιδέα με στοιχεία από το πρώιμο σύμπαν.

"Νομίζω ότι υπάρχει ένα σημαντικό σημείο τριβής και το οποίο σχετίζεται με τις ιδέες για τη δημιουργία πολύ ισχυρών μαγνητικών πεδίων που θα υπήρχαν όταν το Σύμπαν θα ήταν πολύ μικρό σε σύγκριση με την ακτίνα του ρ μεσονίου. Ως εκ τούτου, δεν είμαι σίγουρος ότι οι υπολογισμοί του Smolyaninov θα βρίσκουν εφαρμογή. Υποψιάζομαι δε ότι το μέγεθος εκείνου του πεδίου θα ήταν πολύ μικρό για να έχει το κενό το αποτέλεσμα αυτής της πόλωσης”, υποστηρίζει ο Andrew Jaffe.

Η έρευνα αυτή περιγράφεται στο Physical Review Letters.

Πηγή: PhysicsWorld

About the author

physics4u

Leave a Comment

Share