Väike Suur Pauk kergetest tuumadest
CERNi ALICE eksperimendi teadlased on tootnud “kvark-gluuonplasma” (quark-gluon plasma) — ülikuuma aineoleku, mis täitis varajast Universumit — põrgatades hapniku-16 ja neoon-20 tuumi peaaegu valguse kiirusel. Varem eeldasid teadlased, et seda ürgset „suppi“ suudavad tekitada vaid rasked tuumad nagu plii. Lühikeste plasmatilkade paisumise järel jäänud osakeste voolumustrid säilitavad algsete tuumade geomeetrilised kujundid, sealhulgas neooni iseloomuliku keeglikäbi-kujulise signatuuri.
Kvark-gluuonplasma eksisteeris umbes esimese miljondiku sekundi jooksul pärast Suurt Pauku, enne kui kvargid ja “gluuonid” (gluons) kinnistusid prootoniteks ja neutroniteks. Traditsioonilised tuumastruktuuri uuringud tuginevad pöörlemise ja võnkumise madalaenergia-uuringutele. See kõrgenergia lähenemine pöörab meetodi ümber: äärmuslikud kokkupõrked jätavad tuumageomeetria jälje väljuvate osakeste jaotustele, pakkudes uut vaadet tugevajõule ja tuumakujudele, mida pole aastakümneid suudetud täielikult iseloomustada.
Peamised ebakindlused puudutavad minimaalset süsteemi suurust, mis suudab endiselt plasmat moodustada; planeeritud heelium-4 katsed testivad seda piiri. Kas tehnika suudab süstemaatiliselt kaardistada halvasti mõistetud tuumi ning kui täpselt osakeste liikumise „vari“ rekonstrueerib kolmemõõtmelist struktuuri, on endiselt lahtised küsimused. Kahekordne kasu — varajase Universumi tingimused pluss tuumafüüsika — sõltub geomeetrilise jälje edasisest kinnitamisest.
Allikad: ScienceDaily, University of Copenhagen/ALICE, Physical Review Letters.
Kvantarvuti seotud elektronmikroskoobiga
TU Wieni juhitud meeskond on kavandanud elektronmikroskoobi, mis seob vaba elektronkiire ioonlõksuga kvantarvutiga. Elektronid suhtlevad kiire teele paigutatud ioonidega, tekitades põimumise, nii et kvantoperatsioonid saavad kombineerida teavet järjestikustest elektronidest. Eesmärk on ammutada igast elektronist palju rohkem kasutatavat signaali, võimaldades kiirgustundlike proovide, näiteks üksikute valkude, kõrglahutusega kujutamist palju vähemate osakestega.
Tavapärane elektronmikroskoopia hülgab kvantinformatsiooni, lihtsalt elektrone loendades. Tundlikud bioloogilised proovid kahjustuvad kergesti aatomiskaala kontrasti jaoks vajalike kõrgete elektronidooside tõttu. Kohandatud kvantalgoritme jagatud elektron-ioon-olekutel rakendades saab süsteem muuta mürana näiva koherentseks signaaliks, mis ületab klassikalisi statistilisi piire. Innsbrucki ioonlõksu kvantprotsessori riistvaraline integreerimine TU Wieni transmissioonelektronmikroskoopi on praegu käimas.
Teoreetilisi eeliseid on matemaatiliselt näidatud, kuid eksperimentaalne teostus seisab silmitsi täpse elektron-ioon-sidumise, “dekohärentsuse” (decoherence) kontrolli ja reaalajas kvanttöötluse väljakutsetega mikroskoobi tingimustes. Kui suurt doosi vähendamist praktikas saavutatakse ning kas meetod skaleerub rutiinseks bioloogiliseks kujutamiseks, tuleb mõõta pärast instrumendi töölepanekut.
Allikad: Phys.org, TU Wien, Physical Review Letters (vastu võetud)/arXiv.
Defektidest 5,5-kordne kondensatsiooni soojusülekande tõus
KAISTi teadlased on loonud üliõhukese polümeerkatte, mis on sadestatud initsieeritud keemilise aurufaasi sadestamise teel ja mis tõstab vase torudel kondensatsiooni soojusülekandetegureid kuni 5,5 korda võrreldes palja vasega ning enam kui 50 protsenti võrreldes standardsete hüdrofoobsete katetega. Nanomõõtmelised polümeeriagregaadid, mida varem peeti defektideks, toimivad tuumastumiskeskustena; järgnev kuumtöötlus nõrgendab tilkade nakkumist, nii et tilgad moodustuvad kergesti, kuid eralduvad kiiresti, pinda pidevalt värskendades.
Tilkkondensatsioon on palju tõhusam kui kilekondensatsioon, sest pidev veekile toimib soojusbarjäärina. Varasemad pinnad seisid silmitsi kompromissiga: karedus soodustab tuumastumist, kuid püüab tilku kinni, samas siledus soodustab eraldumist, kuid vähendab tuumastumistihedust. Filmi paksust (tuumastumiskeskuste umbes kolmekordistamiseks) ja termilist töötlust (kiire eraldumise soodustamiseks) sõltumatult häälestades lahutas meeskond need kaks nõuet. Tipptulemus ulatus umbes 88 kW·m⁻²·K⁻¹ kondensaatorilaadsetes tingimustes.
Vastupidavus pikaajalisele tööstuslikule auru mõjule, skaleeritavus keerukatele soojusvahetigeomeetriatele ning nanomõõtmeliste agregaatide pikaajaline stabiilsus on endiselt tõestamata. Kui need peavad paika, võiks kate tõsta efektiivsust elektrijaamade kondensaatorites, magestamissüsteemides ja elektroonika jahutuses, kuid reaalse maailma saastumise ja termotsüklite mõjusid tuleb kvantifitseerida.
Allikad: ScienceDaily, KAIST, Nature Communications.