Квантова левітація (ефект Мейснера): наукове пояснення

Квантова левітація

Широкій публіці про квантової левітації вперше стало відомо в березні 1991 року, коли в науковому журналі Nature було опубліковано цікаве фото. На ньому директор Токійській дослідної лабораторії з надпровідності Дон Тапскотт стояв на керамічній надпровідної пластини, а між підлогою і пластиною не було нічого. Фотографія виявилася справжньою, а пластина, яка разом з стоячою на неї директором важила близько 120 кілограмів, могла левітіровать над підлогою завдяки ефекту надпровідності, відомому як ефект Мейснера-Оксенфельда.

Диамагнитная левітація

Так називають тип перебування в підвішеному стані в магнітному полі тіла, що містить воду, яка сама по собі є диамагнетиком, тобто матеріалом, атоми якого здатні намагнічуватися проти напрямку основного електромагнітного поля.

В процесі диамагнитной левітації основну роль відіграють діамагнітні властивості провідників, атоми яких під дією зовнішнього магнітного поля злегка змінюють параметри руху електронів в їх молекулах, що призводить до появи слабкого магнітного поля, протилежної за напрямом основного. Ефекту цього слабкого електромагнітного поля достатньо, щоб подолати силу тяжіння.

Щоб продемонструвати диамагнитную левітацію, вчені багаторазово проводили досліди на невеликих тварин.

Цей вид левітації використовувався в експериментах на живих об’єктах. Під час дослідів у зовнішньому магнітному полі з індукцією близько 17 Тесла було досягнуто підвішений стан (левітація) жаб і мишей.

По третьому закону Ньютона, властивості діамагнетиків можна використовувати і навпаки, тобто для левітації магніту в поле диамагнетика або для його стабілізації в електромагнітному полі.

Диамагнитная левітація за своєю природою ідентична квантової левітації. Тобто як і при дії ефекту Мейснера, відбувається абсолютне витіснення з матеріалу провідника магнітного поля. Невеликою відмінністю є лише те, що для досягнення диамагнитной левітації необхідно значно більше сильне електромагнітне поле, однак при цьому зовсім не потрібно охолоджувати провідники, щоб добитися їх надпровідності, як у випадку з квантової левитацией.

В домашніх умовах можна навіть поставити кілька дослідів з диамагнитной левітації, наприклад, при наявності двох пластин вісмуту (який є диамагнетиком) можна встановити в підвішений стан магніт з невисокою індукцією, близько 1 Тл. Крім того, в електромагнітному полі з індукцією в 11 Тесла можна стабілізувати в підвішеному стані невеликий магніт, регулюючи його положення пальцями, при цьому абсолютно не торкаючись магніту.

Часто зустрічаються діамагнетиками є практично всі інертні гази, фосфор, азот, кремній, водень, срібло, золото, мідь і цинк. Навіть людське тіло є диамагнетиком в правильному електромагнітному магнітному полі.