ΠΟΙΚΙΛΗΣ ΥΛΗΣ - ΕΠΙΣΤΗΜΗ

Μια πρώτη ματιά στο ατομικό σπιν

Το κβαντικό σπιν έξι ατόμων κοβαλτίου, όπως καταγράφηκε από μικροσκόπιο ακίδας

Το κβαντικό σπιν είναι μια από τις θεμελιώδεις ιδιότητες που προσδιορίζουν τη φυσική κατάσταση ενός ατόμου ή υποατομικού σωματιδίου και ταυτόχρονα μια από τις πιο μυστηριώδεις και δυσνόητες, ιδίως για τους μη μυημένους στη φυσική. Αν και έχει μαθηματικές ομοιότητες με το ...σπινάρισμα, δηλαδή την περιστροφή ενός αντικειμένου γύρω από έναν άξονα, είναι μια ιδιόμορφα αφηρημένη ιδιότητα, που σε καμία περίπτωση δεν σημαίνει πως τα σωματίδια πραγματικά περιστρέφονται σαν σβούρες. Θα βοηθούσε εξαιρετικά αν, με κάποιο τρόπο, μπορούσαμε να δούμε αυτή την ιδιότητα των σωματιδίων, όπως π.χ. βλέπουμε το σχήμα ή το χρώμα των μακροσκοπικών αντικειμένων. Μέχρι πρόσφατα, μια τέτοια σκέψη θεωρούνταν εξαιρετικά «τραβηγμένη», αλλά να που ερευνητές στη Γερμανία και τις ΗΠΑ κατάφεραν πρόσφατα ακριβώς αυτό, «φωτογραφίζοντας» το ατομικό σπιν.

Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε ένα μικροσκόπιο σάρωσης στη βάση του κβαντικού φαινομένου σήραγγας, για να περιεργαστεί άτομα κοβαλτίου (έντονα μαγνητικό υλικό). Στην εικόνα τα άτομα φαίνονται σαν σκουφιά, με τα πιο μυτερά απ' αυτά να υποδεικνύουν σπιν με κατεύθυνση προς τα πάνω, ενώ εκείνα που έχουν μια μικρή λακκούβα στην κορυφή, υποδεικνύουν σπιν με κατεύθυνση προς τα κάτω. Οι μαγνητικές αλληλεπιδράσεις με την επιφάνεια πάνω στην οποία βρίσκονταν τα άτομα κοβαλτίου δημιούργησαν ενδιάμεσες καταστάσεις σπιν, που η καθεμία έχει ξεχωριστά μοτίβα με λακκούβες.

Χρησιμοποιώντας τη μαγνητική μύτη του μικροσκοπίου, οι επιστήμονες πέτυχαν να μετακινήσουν τα άτομα, αλλά και να αλλάξουν τα σπιν τους. Το σχήμα του νέφους ηλεκτρονίων των ατόμων εξαρτάται από την κατεύθυνση του σπιν, έτσι αλλάζοντας το σπιν άλλαξαν και οι μικρές λακκούβες στις εικόνες.

Η δυνατότητα χειραγώγησης του σπιν θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέες συσκευές αποθήκευσης ψηφιακών δεδομένων, όπου οι πληροφορίες θα κωδικοποιούνται ως διαφορετικές καταστάσεις σπιν.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγές: «Discover», «Scientific American», space.com

Πορεία με οδηγίες από ψηλά...

Σε μια περιοχή στα νοτιοανατολικά του χείλους του κρατήρα Σάντα Μαρία στον Αρη κατευθύνεται το όχημα εξερεύνησης «Οπορτούνιτι», της αμερικανικής NASA, εκεί όπου ίσως υπάρχουν ορυκτά - απόδειξη της ύπαρξης νερού στον κόκκινο πλανήτη σε παλιότερες γεωλογικές περιόδους. Εκείνο που κάνει διαφορετική αυτή την εξερευνητική δραστηριότητα του «Οπορτούνιτι» είναι ότι ο ενδιαφέρων στόχος εντοπίστηκε από την επίσης αμερικανική διαστημοσυσκευή «Mars Reconnaissance Orbiter» («Αναγνωριστικός Δορυφόρος του Αρη») (MRO), που εδώ και χρόνια έχει γίνει τεχνητός δορυφόρος του γειτονικού πλανήτη. Είναι η πρώτη φορά που μια εξερευνητική συσκευή πάνω στο έδαφος του Αρη συνεργάζεται με τέτοιο τρόπο με μια τροχιακή συσκευή άλλης αποστολής.

Τα ορυκτά που εντόπισε φασματομετρικά το MRO από ύψος 250 χιλιομέτρων περιέχουν ένυδρα θειικά άλατα, που πιθανότατα σχηματίστηκαν με την παρουσία νερού πριν από δισεκατομμύρια χρόνια. Οι κρατήρες, που δημιουργούνται από την πρόσκρουση μετεωριτών, λειτουργούν σαν φυσικά τρυπάνια που αποκαλύπτουν ορυκτά, τα οποία σε άλλη περίπτωση θα έμεναν θαμμένα και δυσπρόσιτα για τις εξερευνητικές συσκευές που στέλνει ο άνθρωπος. Ο κρατήρας Σάντα Μαρία είναι μικρής ηλικίας, με τη γεωλογική έννοια, καθώς υπολογίζεται ότι σχηματίστηκε μόλις πριν από μερικές εκατοντάδες χρόνια. Γι' αυτό δεν έχει διαβρωθεί πολύ από τους ανεμοστρόβιλους και τα άλλα φαινόμενα της αραιής αρειανής ατμόσφαιρας.

Ο κρατήρας Σάντα Μαρία είναι μια παράκαμψη για το «Οπορτούνιτι» που κατευθύνεται προς άλλον μεγαλύτερο κρατήρα που επίσης περιέχει ένυδρα θειικά άλατα, αλλά και πηλό, που επίσης σχηματίζεται συνήθως μόνο με την παρουσία νερού.

«Χαρτί» που διπλώνεται σε οριγκάμι με το πάτημα ενός κουμπιού

Ερευνητές εφηύραν υλικό σε μορφή φύλλου, που μπορεί να αλλάξει σχήματα κατά βούληση! Τα αυτοδιπλωνόμενα φύλλα είναι μόνο μια πλευρά της προγραμματιζόμενης ύλης, όπου αντί των μπιτ (bit) και των μπάιτ (byte) της πληροφορικής, προγραμματίζονται οι μηχανικές ιδιότητες του αντικειμένου.

Το σύστημα που παρουσιάστηκε πριν από μερικούς μήνες στις ΗΠΑ αποτελείται από ένα λεπτό φύλλο σύνθετου υλικού ρητίνης - φάιμπεργλας, που είναι χωρισμένο σε 32 τριγωνικά τμήματα, με ελαστικές κλειδώσεις από σιλικόνη μεταξύ τους. Μερικές από τις κλειδώσεις έχουν θερμοευαίσθητους μηχανισμούς, που μπορούν να λυγίσουν κατά 180 μοίρες όταν θερμανθούν από το πέρασμα ηλεκτρικού ρεύματος, διπλώνοντας το φύλλο στην κλείδωση. Ανάλογα με το πρόγραμμα που θα χρησιμοποιηθεί, το φύλλο μπορεί να διπλωθεί διαφορετικά, ώστε να σχηματίσει μια βαρκούλα ή ένα αεροπλανάκι, μέσα σε μόλις 15 δευτερόλεπτα. Σύμφωνα με τους εφευρέτες του συστήματος αυτού, θεωρητικά είναι δυνατό να πάρει πολύ περισσότερα σχήματα.

Αυτή η τεχνολογία οριγκάμι (καλλιτεχνία διπλώματος του χαρτιού ιαπωνικής προέλευσης) θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως ένα είδος τρισδιάστατης οθόνης, απεικονίζοντας για παράδειγμα την τοπογραφία μιας γεωγραφικής περιοχής με εντελώς χειροπιαστό τρόπο...