Následující sérii článků poskytl David Jeřábek, 2:420/53.1, zpracoval Jiří Svršek, 2:423/43 .

Vědecký tým NIST z univerzity v Colorado (kontakt: Deborah Jin, 303-492-7784) a skupina MIT (kontakt: Marc-Oliver Mewes, 617-253-4178) nezávisle na sobě vytvořily vázané oscilace v Boseových-Einsteinových kondenzátech (BEC). BEC jsou skupiny atomů, které jsou ochlazeny natolik, že se jednotlivé atomy vzájemně překrývají a nacházejí se ve společném kvantovém stavu. BEC se udržují magnetickými poli. Kvůli studiu kapalinových vlastností tohoto nového stavu hmoty oba týmy umístily Boseovy- Einsteinovy kondenzáty navíc do slabého oscilujícího magnetického pole. Pak toto rušící oscilující pole odstranily a zkoumaly přirozené oscilace kondenzátů. Výsledné chování kondenzátů se velmi podobá průchodu zvukových vln vzduchem. Skupina z Colorada pozorovala chování, při kterém se kondenzát choval podobně jako pružný balón naplněný vodou. Skupina MIT objevila dvojici stavů, které lze interpretovat jako vnitřní pohyb kondenzátu. Oba týmy tato chování kondenzátu přirovnávají k chování supratekutého hélia. Pozorované frekvence oscilací odpovídají teorii, která předpovídá supratekutost Boseových-Einsteinových kondenzátů. Aby se však tato teorie plně prokázala, vědci musí provést ještě řadu podrobnějších výzkumů kapalinových vlastností a excitovaných stavů kondenzátů. (D.S. Jin et al., Physical Review Letters, 15 July 1996; M.-O. Mewes et al, článek v PRL.)

Jednotlivá uhlíková vlákna mají průměr kolem jednoho nanometru a proto je velmi obtížné studovat vlastnosti jednoho vlákna. Tým vědců NEC v Princetonu a z Univerzity v Illinois změřil Youngův modul pružnosti. Vědci vycházeli z toho, že na mikroskopických snímcích při různých teplotách je uspořádání volných vláken různě rozmazáno, protože vyšší teploty vedou k vyšším teplotním vibracím. Zjistilo se, že vlákna mají průměrný Youngův modul pružnosti kolem 1,8.10^12 N/m^2, což je mnohem více, než má třeba ocel. Tato extrémní pružnost při nízké hustotě předurčuje uhlíková vlákna k využití jako stavebního materiálu. (M.M.J. Treacy et al., Nature, 20 June 1996.) Elektrické vlastnosti uhlíkových vláken jsou neméně zajímavé. Tým NEC ve spolupráci s Micrion Europe (Mnichov, Německo) připojil čtyři wolframové vzorky k jednotlivým uhlíkovým vláknům. Tímto způsobem bylo možno přesněji studovat vodivost uhlíkových vláken, než tomu bylo v experimentech se dvěma vzorky. Zjistilo se, že uhlíková vlákna se mohou chovat různým způsobem, od úplné vodivosti až do chování polovodičů. Vodivost vláken výrazně závisí na průměru vláken a na rozmístění uhlíkových atomů v jednotlivých vrstvách vláken. (T.W. Ebbesen et al., Nature, 4 July 1996.)

Kosmická sonda Galileo nedávno prozkoumala Ganymedes, měsíc planety Jupiter, největší ve sluneční soustavě. Sonda zjistila přítomnost vlastního magnetického pole měsíce a získala snímky jeho povrchu s vysokým rozlišením, které dokazují přítomnost tektonických sil. Ganymedes má hrubý povrch z vodního ledu, který je rozrušen sítí prasklin. (tisková zpráva Jet Propulsion Lab, July 11, 1996.)

Literatura:

[1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) Subject: update.279 PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 279 July 15, 1996 by Phillip F. Schewe and Ben Stein

Zemské jádro rotuje nezávisle na rotaci pláště planety. Vědci Xiadong Song a Paul Richard z Columbijské univerzity porovnali počítačové simulace s měřeními seismických vln procházejících Zemí, z nichž lze zjistit rotaci vnitřních vrstev Země. Zjistili, že pevné zemské jádro, kterým může být jediný superkrystal železa o průměru 2400 km, rotuje poněkud rychleji, než ostatní vrstvy Země. Úhlový rozdíl nepřesahuje dva stupně za rok. To ovšem znamená, že rovník vnitřního jádra se pohybuje asi o 10 km za rok rychleji, než rovník na povrchu Země, což je zhruba stotisíckrát rychleji, než je nejrychlejší pohyb pevninských desek. Vědci očekávají, že když lépe porozumí pohybům zemského jádra, budou schopni lépe vysvětlit povahu magnetického pole Země, jehož polarita se během geologické existence Země několikrát změnila. (Nature, 18 July 1996.)

Vědcům z Carnegie Institution ve Washingtonu se podařilo přeměnit led z molekulárního na iontové těleso. Vědci použili diamantovou buňku, ve které se tlakem běžné asymetrické vazby atomů vodíku v molekulách vody změnily na vazby symetrické. V molekule vody jsou dva atomy vodíku vázány kovalentní vazbou k jednomu atomu kyslíku. Atomy vodíku dávají přednost jednomu atomu kyslíku a vazby k ostatním atomům kyslíku jsou velmi volné. Při vysokých tlacích může dojít k uspořádání atomů vodíku tak, že atomy vodíku nedávají přednost žádnému atomu kyslíku a chovají se stejně ke všem okolním atomům. Toto symetrické uspořádání vznikne u molekul vody při tlaku 60 gigapascalů a u molekul těžké vody (místo atomů vodíku jsou atomy deuteria, izotopu vodíku s jedním neutronem v jádře atomu) 70 GPa. (A.F. Goncharov et al., Science, 12 July 1996.)

Athos Kasapi [M1] ze Stanfordské univerzity osvětloval paprskem laseru plyn obsahující dva izotopy stejného prvku. Jeden z izotopů je pro záření laseru průhlednější, než druhý, což umožňuje detekovat jeden izotop ve velmi bohaté směsi druhého izotopu. Izotopy stejného prvku absorbují záření nepatrně rozdílných energií. Interakce elektronů s jádrem atomu uvnitř atomu slabě závisí na spinu jádra. Spin jádra je pro každý izotop prvku poněkud jiný. Experiment byl proveden na plynné směsi dvou izotopů. Plyn obsahoval 99,97% izotopu s nukleonovým číslem 208 a 0,03% izotopu s nukleonovým číslem 207. Kasapi ve svém experimentu použil dva lasery. "Testovací" laser způsoboval přechod elektronů v atomech s nukleonovým číslem 208 ze základního stavu do excitovaného stavu s vyšší energií. "Vázaný" laser způsoboval přechod elektronů z metastabilního mezistavu do excitovaného stavu. Při použití obou laserů kvantová interference mezi oběma cestami do excitovaného stavu bránila atomu absorbovat světlo. Tento stav trval dokud nebyla nastavena intenzita světla vázaného laseru tak, aby jeho světlo začal pohlcovat druhý izotop. Ačkoliv tato metoda zatím nemůže soutěžit s konvenčními metodami dělení izotopů, představuje zajímavou aplikaci jevu laserem indukované průhlednosti. (A. Kasapi, článek v Physical Review Letters.)

Literatura:

[1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) Subject: update.280 PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 280 July 22, 1996 by Phillip F. Schewe and Ben Stein

Od ledna roku 1987 je v provozu detektor slunečních neutrin Kamiokande, který je umístěn v podzemí západně od Tokia. Detektor nesleduje neutrina, která přicházejí ze zářivého povrchy Slunce, ale neutrina přicházející ze slunečního jádra. V posledních deseti letech detektor zjistil určitá fakta: Neutrina přilétají ze směru od Slunce. Neutrina vznikají většinou rozpadem atomu bóru (nukleonové číslo 8) a tok slunečních neutrin se nemění s denní periodou. Slunce bylo zkoumáno po celou jednu 11-letou sluneční periodu. Tým japonských vědců (kontakt: Yoichiro Suzuki, [M1] ) prozkoumal získané výsledky za toto období a oznámil, že tok slunečních neutrin nemá žádnou korelaci s výskytem slunečních skvrn. (Y. Fukuda et al., článek v Physical Review Letters.)

Jev tunelové magnetorezistence lze využít k magnetickému záznamu dat s vyšší hustotou. Fyzikové již nějakou dobu vědí, že blok magnetických a nemagnetických mikrovrstev může mít různý magnetický odpor v přítomnosti vnějšího magnetického pole. Tento jev magnetorezistence se používá k záznamu binárních dat a užívá se v procesu čtení dat hlavami pevných disků v počítačích. Silná magnetorezistence (GMR) je jev, který zajišťuje větší hustotu záznamu. Prototyp pevných disků s hlavami, které používají tento jev, dosáhl záznamu až 3 Gigabitů na čtvereční palec. Jev tunelové magnetorezistence je další způsob pro převod slabého magnetického pole na změnu elektrického odporu. Na rozdíl od senzorů s jevem silné magnetorezistence je senzor tunelové magnetorezistence složen ze dvou kovových (feromagnetických vrstev oddělených nevodivou vrstvou. Tato trojvrstva byla nedávno testována v MIT. Je pouze 20 nm silná a částečná změna odporu byla 23% ve srovnání se 7% změny odporu původního 40 nm silného prototypu GMR se čtyřmi vrstvami. Fyzik MIT Jagadeesh Moodera ([M2] ; 617-253-5423) předpokládá, že použitím tohoto senzoru vzniknou menší zařízení s jednodušší technologií a tím s nižší cenou. Tvrdí, že reálná hustota záznamu bude větší než 10 Gigabitů na čtvereční palec. (J.S. Moodera et al., Applied Physics Letters, 29 July.)

Literatura:

[1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) Subject: update.281 PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 281 July 29, 1996 by Phillip F. Schewe and Ben Stein

V urychlovačích se obvykle požaduje dokonalé žízení paprsku elementárních částic. Obecně se vyžaduje, aby se všechny částice pohybovaly trubicí urychlovače v úzkém paprsku stejnou rychlostí a jen velmi nepatrně se odchylovaly od osy paprsku. "Ochlazování" paprsku (tedy odebrání energie způsobující odchylky od osy) se provádí proudem elektronů, které interagují s částicemi paprsku a absorbují nadbytečnou energii. Výsledky experimentů se srážkami protonů s antiprotony, které se provádí na zařízení Fermilab ve středisku CERN, značně závisí na technologii ochlazování, která soustředí neuspořádané svazky protonů na malý cíl. K tomuto účelu lze použít také záření laseru. Pomocí laseru jsou atomy ochlazeny na teplotu blízkou absolutní nule. V urychlovačích zatím bylo možno lasery použít k ochlazování paprsků částic ve směru jejich pohybu. Skupina vědců z Ústavu Maxe Plancka pro jadernou fyziku v Heidelbergu v Německu použila lasery k nepřímému ochlazování bočního pohybu svazku iontů atomů berylia s energií 7 MeV, který cirkuloval v testovacím urychlovači Heidelberg Test Storage Ring. Efektivnost tohoto procesu lze vyjádřit pomocí ekvivalentní teploty svazku částic. Počáteční "teplota" podélného pohybu byla 1500 K, "teplota" příčného pohybu byla 15 000 K. Ochlazování pomocí elektronů vede k hodnotám 300 K a 3 500 K. Pomocí laserů bylo bežně dosaženo výsledků 10 K a 2 500 K. V současné době bylo dosaženo ještě nižších teplot. Ochlazování pomocí laseru lze použít jen pro určité typy částic. Vedoucí týmu Rudolf Grimm ([M1]) tvrdí, že svazek částic bude možno ochladit až natolik, že "zkapalní" (H.-J. Miesner et al., Physical Review Letters, 22 July 1996.)

V geologické periodě proterozoiku před 900 milióny lety byla délka dne pouze 18 hodin. Charles Sonett z Univerzity v Arizoně studoval přílivové usazeniny uchované ve vrstvách hornin období proterozoika. Periodicita přílivových usazenin umožňuje určení délky dne. Sonett získal data z usazenin v Utahu, Indianě, Alabamě a v Austrálii a na jejich základě zjistil, že délka dne musela být kratší, rok musel být delší a perioda úplňků měsíce byla zhruba stejná. Pokud se Měsíc vzdaloval od Země stejnou rychlostí jako nyní (3,8 cm/rok) a zpomalovala se rotace Země, pak získaná data tomu dobře odpovídají. (C.P. Sonett et al., Science, 5 July.)

Mikromechanické systémy (MEMS) jsou zařízení, které se svojí velikostí vejdou na jeden čip. Vyrábějí se stejnými metodami litografie, jako se vyrábějí polovodiče nebo jiné mikročipy. MEMS lze rozdělit zhruba do dvou hlavních kategorií: pohybová zařízení a senzory. Senzory se používají např. v akcelerometrech pro přesné nastavení airbagů v automobilech nebo pro měření tlaku krve. Mechanické MEMS zahrnují mikromotory, záklopky, rotující zrcadla pro odrážení světelných pulsů. Předpokládá se, že trh s mikromechanickými systémy přes některé problémy dosáhne po roce 2000 zhruba jedné miliardy dolarů (New Scientist, 29 June.)

Literatura:

[1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) Subject: update.282 PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 282 August 2, 1996 by Phillip F. Schewe and Ben Stein

Slovem teleportace označují spisovatelé science fiction proces, kdy je objekt nebo osoba na jednom místě desintegrován a na jiném místě se objeví jeho dokonalá kopie. Tento proces obvykle nepopisují podrobně, ale obecně se předpokládá, že původní objekt je určitým způsobem snímán a tak jsou o něm získány všechny informace, které se přenesou na jiné místo. Na tomto místě se pak pomocí těchto informací vytvoří přesná kopie objektu. Tato kopie se nemusí nutně vytvořit z původní hmoty, ale zřejmě z atomů stejného druhu, které jsou sestaveny do stejného tvaru, jako měl původní objekt. Teleport se tak podobá faxu, avšak přenáší trojrozměrné objekty a vytváří přesné kopie, přičemž při vzniku kopie původní originál zaniká. Někteří spisovatelé sice situaci komplikují tím, že originál nezaniká, ale většinou toto zařízení slouží pro přenos v prostoru a někdy i v čase a nikoliv pro replikaci.

Před dvěma lety mezinárodní skupina šesti vědců, z nichž jedním byl pracovník IBM Charles H. Bennet, potvrdila představy většiny spisovatelů science fiction tím, že proces teleportace v principu může existovat, ale že původní objekt musí nutně zaniknout. Mezitím jiní vědci připravují experimenty, pomocí nichž by prokázali jev teleportace v mikroskopickém měřítku, jako je teleportace jednotlivých atomů nebo fotonů. Mnozí fandové science fiction asi budou zklamáni tím, že se v dohledné budoucnosti neočekává možnost teleportace lidí nebo jiných makroskopických objektů nejen kvůli technickým problémům ale také kvůli porušování některých základních fyzikálních zákonů.

Ještě donedávna se vědci o jev teleportace vážně nezajímali, protože se myslelo, že porušuje Heisenbergův princip neurčitosti kvantové mechaniky, který zamezuje získání úplné informace o atomu nebo jiném objektu. Podle principu neurčitosti čím více se objekt snímá, tím více se procesem snímání narušuje, až se původní stav objektu zcela změní, aniž se podaří o objektu získat kompletní informaci, z níž by se pak získala přesná kopie. Zdálo se, že jde o velmi silný argument proti jevu teleportace: nelze sejmout dostatečnou informaci o objektu, aby bylo možno vytvořit jeho přesnou kopii. Tým šesti vědců však nalezl způsob, jak tento logický argument obejít. Použili k tomu vlastnost kvantové mechaniky známou jako Einsteinův Podolského Rosenův paradox (EPR). Stručně řečeno, nalezli metodu, jak sejmout část informace z objektu A, který má být teleportován, zatímco zbytek informace se přenese pomocí objektu C prostřednictvím efektu EPR, aniž tento objekt byl v kontaktu s objektem A. Později je možné takto uchovanou informaci použít k rekonstrukci objektu A, který však již není ve svém původním stavu, neboť tento stav byl narušen snímáním informace. Proto tato metoda může sloužit k teleportaci, ale nikoliv k replikaci objektu A.

Dosud jsme neobjasnili, jakým způsobem se nesnímaná část informace přenese z objektu A na objekt C. Předpokládá se, že se tak děje prostřednictvím objektu B, který nejprve interaguje s objektem A a pak s objektem B. Ovšem opravdu je správné tvrdit, že interakce proběhla nejprve s objektem A a pak s objektem C? Pokud se má nějaká vlastnost přenést z A na C, pak objekt B musí nejprve interagovat s objektem A a teprve pak s objektem C. Problém tkví v tom, že nesnímanou část informace nelze považovat za vlastnost, nebo za běžnou informaci a může proto být přenesena opačným způsobem. Tato část informace se někdy nazývá EPR korelace a byla studována od roku 1930, kdy se o ní poprvé zmínili ve svém článku Albert Einstein, Boris Podolsky a Nathan Rosen. V roce 1960 John Bell ukázal, že dvojice korelovaných částic, které nejprve jsou v kontaktu a pak se od sebe vzdálí na libovolnou vzdálenost, budou vykazovat vzájemně korelovaná náhodná chování, která nelze vysvětlit klasickou statistikou. Experimenty prováděné s fotony a s jinými částicemi opakovaně potvrzují tuto korelaci, což lze považovat za silný důkaz platnosti kvantové mechaniky. Důležitým faktem EPR korelace je skutečnost, že nepřenáší měřitelnou a říditelnou informaci, tedy ji nelze použít k přenosu dat. Zdálo se, že tedy slouží pouze k důkazu kvantové mechaniky. Ale nyní se ukazuje, že může sloužit ke kvantové teleportaci, kdy přenáší přesně tu část informace o objektu, která nebyla snímána a přenesena konvenčními metodami.

Nyní se pokusme porovnat konvenční přenos faxem s kvantovou teleportací. Při přenosu faxem se z dokumentu získá částečná informace, avšak průběh získávání této informace dokument nijak neovlivňuje. Sejmutá informace se zašle přijímací stanici, kde se tato informace vytiskne na nějaký materiál, čímž se získá přibližná kopie původního dokumentu. Kvantová teleportace používá princip, kdy jsou dány do kontaktu objekty B a C, které se později oddělí. Objekt B se umístí do vysílače, objekt C do přijímače. Objekt B se sejme společně s objektem A, který chceme teleportovat. Proces sejmutí zcela změní stav objektů A a B. Získaná informace se zašle přijímači, kde se použije společně s objektem C k rekonstrukci původního stavu objektu A.

Více informací o kvantové teleportaci lze získat v uvedených článcích.

Odkazy:

[1] C.H. Bennett, G. Brassard, C. Crepeau, R. Jozsa, A. Peres, and W. Wootters, "Teleporting an Unknown Quantum State via Dual Classical and EPR Channels". Phys. Rev. Lett. vol. 70, pp 1895-1899 (1993) (původní článek zmíněných 6 autorů)

[2] Tony Sudbury, "Instant Teleportation". Nature vol.362, pp 586-587 (1993) (populárně vědecký článek).

[3] Ivars Peterson, Science News, April 10, 1993, p. 229. (populárně vědecký článek).

[4] Samuel Braunstein, A fun talk on teleportation

(c) 1997 Intellectronics

časopis o přírodě, vědě a civilizaci