Fizyka LO Turek
Start
Nauczyciele
Nauczanie
Konkursy
Ciekawostki
Aktualności
Astronomia
Struktura materii
Doświadczenia domowe
Testy z fizyki
Spis treści i wyszukiwarka
Hosted by:
W kręgu fizyki LO Turek
« Poprzednia  Następna »
Odkrycia 
Nowe izotopy wodoru
wodór deuter
jądro wodoru czyli proton
deuter

Jądro zwykłego atomu wodoru (1H) składa się tylko z jednego protonu. W przyrodzie występują jeszcze dwie cięższe odmiany wodoru (inaczej izotopy). Pierwszy z nich, deuter (2H) o jądrze złożonym z protonu i neutronu jest stabilny czyli nie ulega rozpadowi. Związek deuteru z tlenem nazywany jest ciężką wodą. Jądro składające się z jednego protonu i dwóch neutronów nazywany jest trytem (3H). Tryt powstaje w atmosferze na skutek oddziaływania promieniowania kosmicznego z gazami atmosferycznymi. Tryt jest także produktem reakcji jądrowych
tryt
tryt
przeprowadzanych na Ziemi. Tryt jest promieniotwórczy i ulega rozpadowi beta minus zamieniając się w hel-3. Czas połowicznego rozpadu trytu wynosi 12,3 lat.
Okazuje się, że wodór może tworzyć cięższe izotopy. Od dawna fizycy poszukiwali wodoru-5 (5H), którego jądro jest zbudowane z jednego protonu i aż z czterech dodatkowych neutronów. Z obliczeń teoretycznych wynikało, że taki izotop może istnieć. Fizycy tropili go w laboratoriach przez czterdzieści lat. W 2001 roku dzięki wysiłkowi zespołu uczonych z Japonii, Rosji i Francji wreszcie to się udało. Doświadczenie, mające na celu wytworzenie wysoce nietrwałych jąder izotopu, przeprowadzono, bombardując tarczę zawierającą zamrożony wodór wiązką jąder helu-6. Przebieg eksperymentu zarejestrowano w Japonii w tamtejszym ośrodku badawczym RIKEN.
wodór 5
wodór 5
Odkrycie nowego wodoru ma nieocenione znaczenie dla potwierdzenia naszych przypuszczeń teoretycznych. W przypadku wodoru-5 sądzi się, że powstaje on we wnętrzu gwiazd pod wpływem niezwykle wysokich temperatur i ciśnień. Stąd jego odkrycie na Ziemi stanowi także pośrednie potwierdzenie trafności naszych modeli przemian zachodzących we wnętrzach gwiazd.
W następnych dwóch latach sztucznie wytworzono jeszcze trzy nowe izotopy wodoru: 4H, 6H i 7H. Wszystkie nowe otrzymane sztuczne izotopy są bardzo nietrwałe i ich czas połowicznego rozpadu jest krótszy od 10-21 sekundy. Omówiony powyżej wodór-5 ulega rozpadowi na tryt poprzez podwójną emisję neutronu.
Jądro wodoru-4 (4H)składa się z protonu i trzech neutronów. Zostało ono wytworzone w wyniku bombardowania trytu rozpędzonymi do dużej prędkości jądrami deuteru. Obecność wodoru 4 została stwierdzona przez wykrycie emitowanych protonów. Wodór 4 ulega rozpadowi poprzez emisję neutronu.
Jądro wodoru-6 (6H) składa się z jednego protonu i pięciu neutronów. Ulega ono potrójnej emisji neutronów. Jądro wodoru-7 (7H) składa się z protonu i sześciu neutronów. Zostało otrzymane po raz pierwszy w 2003 roku przez grupę rosyjskich, japońskich i francuskich fizyków w wyniku bombardowania tarczy z zestalonego wodoru atomami helu-8 o bardzo dużej prędkości. Ulega ono poczwórnej emisji neutronów.


Teleportacja
teleportacja
Teleportacja oznacza natychmiastowe przeniesienie sie obiektu z jednego miejsca na drugie bez faktycznej podróży. Na razie poznane prawa fizyki zabraniają bezpośredniemu przenoszeniu się materialnego ciała, ale możliwe jest przesyłanie stanu obiektu kwantowego. Mówimy wtedy o teleportacji kwantowej. Kluczem do teleportacji jest zjawisko kwantowego splątania, które wtajemniczy sposób może łączyć ze sobą nawet najbardziej oddalone cząstki. Zmiana stanu jednej ze splątanych cząstek powoduje natychmiastową odpowiedź drugiej, niezależnie od odległości pomiędzy nimi. Teoretycznie, oznacza to, że można wysłać wiadomość na drugi koniec galaktyki tak, by dotarła błyskawicznie do odbiorcy. W praktyce, niestety, pojawiają się problemy. Splątany obiekt, który chcemy odczytać i odbiornik sygnału wraz z całą skomplikowaną aparaturą należy najpierw dostarczyć na miejsce przeznaczenia, by mógł odbierać transmisję. Sama transmisja musi również odbywać się w absolutnie niezakłócony sposób.
Zachowanie to stoi w bezpośredniej sprzeczności do Einsteinowskiej teorii względności, według której nic we wszechświecie, w tym również informacja, nie może się poruszać szybciej od światła. Z tego też powodu sam Einstein nie przyjmował do wiadomości rzeczywistego istnienia stanu splątanego, nazywając go upiornymi oddziaływaniami na odległość i sprzeciwiając się teorii wantowej. Nie był też w stanie pogodzić się z występującym w tym modelu wszechświata elementem losowości, podkreślając, że Bóg nie gra w kości.
Teleportację po raz pierwszy teoretycznie opracowała w 1993 roku amerykańska grupa pod kierunkiem Charles Bennetta z ośrodka badawczego IBM w Yorktown Heights. W uproszczeniu polega ono na tym, żeby dwa odległe miejsca, pomiędzy którymi chcemy dokonać teleportacji, zaopatrzyć w pary splątanych obiektów kwantowych, na przykład splątanych fotonów. W teorii kwantowej dwa splątane kwantowo obiekty mają na siebie wpływ niezależnie od dzielącej je odległości. Zmiana stanu jednego z nich powoduje natychmiastową odpowiedź w stanie kwantowym drugiego. Można więc odczytać stan kwantowy na odległość. Niestety odczyt informacji w drugim miejscu powoduje zniszczenie stanu kwantowego w miejscu pierwotnym, bowiem pomiar powoduje bezpowrotną zmianę stanu obiektu kwantowego.
teleportacja Aby zastosować w praktyce teleportację dużych ciał, na przykład żywe stworzenia, należy splątać nie pojedyncze fotony, czy atomy, lecz całe grupy różnorodnych atomów i cząsteczek. Jest to bardzo skomplikowane, teoretycznie możliwe, ale praktycznie na razie niewykonalne. Złożoność problemu jest tak ogromna, że nikt jeszcze w tej chwili nie myśli o tym poważnie.
Pierwszej kwantowej teleportacji dokonał w 1997 roku austriacki fizyk Anton Zeilinger. W 2002 roku fizycy z Australii po raz pierwszy przenieśli wiązkę światła laserowego na odległość jednego metra. Naukowcy zniszczyli wiązkę światła na jednym stole laboratoryjnym, a informacje o tym, jak ona dokładnie wyglądała, przesłali przez radio na drugi stół, gdzie w mgnieniu oka(dokładnie w czasie nanosekund) udało się "odbudować" taką samą (a w zasadzie tę samą) wiązkę złożoną z miliardów fotonów. Co ciekawe, w wiązkach światła zapisane były informacje, tak samo jak w świetle przesyłanym światłowodami zapisuje się rozmowy telefoniczne. Po teleportowaniu naukowcy bez trudu odczytali w nowej wiązce to, co zapisali wcześniej w starej!
W następnych latach innym grupom naukowców udało się teleportować informacje o stanie fotonów laserowych na większe odległości. W 2012 roku w Chinach na odległość 97km, a w tym samym roku grupie austriackich badaczy z Antonem Zeilingerem na czele udało się na Wyspach Kanaryjskich ustanowić nowy rekord w "teleportowaniu" stanu kwantowego. Wysłany z miejscowości La Palma stan kwantowy "pojawił się" po chwili na oddalonej od niej o 146 km Teneryfie.
Równolegle do teleportacji stanu wiązki światła czyli fotonów odbywały się próby teleportacji stanu kwantowego cząstek. W 2004 roku poinformowano o teleportacji stanów kwantowych pomiędzy dwoma "splątanymi" atomami. Atomy wapnia udało się teleportować naukowcom austriackim z Uniwersytetu w Innsbrucku, natomiast berylu dokonał zespół z National Institute of Standards and Technology w Boulder w Kolorado. Udało im się przenieść stan kwantowy jednego jonu na inny, który był oddalony o ułamek milimetra.
W 2014 roku naukowcom z Uniwersytetu Technicznego w Delft (Holandia) udało się przesłać informację kwantową na trzy metry, demonstrując, że wykorzystanie stanu splątanego atomów do przesyłania danych jest możliwe. W odróżnieniu od podobnych eksperymentów z przeszłości uzyskali 100-procentową powtarzalność tego efektu na obranej odległości. Teraz planują oni sprawdzenie swojego odkrycia na większej odległości, na początek zaplanowali przesłanie w ten sam sposób informacji na 1,3 kilometra, dzielące dwa budynki uniwersyteckiego kampusu.
Otwiera drogę do stworzenia superszybkich i bardzo bezpiecznych systemów komunikacyjnych -nowego typu komputerów kwantowych. Kolejny krok to kwantowa teleportacja oparta o systemy satelitarne, co umożliwi globalny zasięg kwantowej komunikacji. Być może w przyszłości pozwoli to doprowadzić do powstania "kwantowego Internetu". Oprócz nieskończonej prędkości przesyłania danych zapewniał by on ich całkowite bezpieczeństwo ponieważ informacja kwantowa przekazywana jest z jednego miejsca na drugie natychmiastowo i nie ma żadnej fizycznej możliwości jej przechwycenia i odczytania w locie.

« Poprzednia  Następna »
Odkrycia