211service.com
Massa kan worden 'gecreëerd' in grafeen, zeggen natuurkundigen
De aard van massa is een van de grote blijvende puzzels van de wetenschap. Wat is massa en waar het vandaan komt, zijn vragen die wetenschappers en filosofen al eeuwenlang bezig houden.
Dus de suggestie dat er massa kan worden gecreëerd in koolstofnanobuisjes, zal aanzienlijke krassen op het hoofd veroorzaken.
Het idee komt van Abdulaziz Alhaidari van het Saudi Center for Theoretical Physics in Saudi-Arabië en een paar vrienden die beginnen met een bespreking van de exotische eigenschappen van grafeen, een tweedimensionaal vel koolstofkippengaas.
Een van de meest opwindende nieuwe ideeën in de vastestoffysica is dat grafeen kan dienen als een laboratorium voor het bestuderen van exotische relativistische fysica. Het blijkt dat de elektronische eigenschappen van grafeen zo kunnen worden afgestemd dat de beweging van elektronen en gaten door de structuur met snelheden van 10 ^ 6 m/s wiskundig equivalent is aan het gedrag van elektronen die in een vacuüm reizen dat dicht bij de lichtsnelheid ligt .
In de taal van de natuurkunde wordt hun gedrag niet bepaald door de conventionele Schrödinger-vergelijking waaraan gewone elektronen voldoen, maar door de massaloze Dirac-vergelijking die de relativistische fysica beschrijft. Deze vergelijkingen houden geen rekening met massa (zoals de naam al aangeeft) - dus de elektronen en gaten gedragen zich alsof ze geen massa hebben.
Dat is belangrijk omdat in het verleden het relativistische gedrag van elektronen alleen toegankelijk was voor natuurkundigen met een hoogenergetische deeltjesversneller in hun tuin. Nu kan elk laboratorium dat is uitgerust met koolstof, elektriciteit en draden het doen.
Dit heeft geleid tot enorme belangstelling: een idee is dat een nieuwe generatie op grafeen gebaseerde elektronische apparaten in staat zal zijn om de effecten die mogelijk zijn in relativistische fysica te benutten in plaats van gewone oude vanille-effecten te gebruiken (hoewel precies nog niet duidelijk is hoe).
Laten we nu eens kijken naar de capriolen die theoretische fysici soms uithalen als ze aan massa denken. Een idee is dat massa ontstaat omdat het universum extra, ruimte-achtige dimensies heeft die alleen op de kleinste schalen bestaan. Natuurkundigen zeggen dat deze afmetingen verdicht zijn.
Gecomprimeerde dimensies hebben een belangrijk effect in de kwantummechanica, omdat ze de vergelijkingen die het universum beschrijven veranderen, zodat ze een term voor massa bevatten. In deze theorieën ontstaat zo massa.
Het idee van Alhaidari en co is dat een soortgelijk effect kan optreden in grafeen als de ruimteachtige afmetingen in grafeen kunnen worden verdicht. Met andere woorden, als je het aantal ruimte-achtige dimensies in grafeen terugbrengt van twee naar één, zullen de massaloze vergelijkingen die het gedrag van elektronen en gaten beschrijven, veranderen en een term voor massa bevatten. Door dimensies samen te persen ontstaat er in feite massa.
Dus hoe verdicht je ruimteachtige dimensies in grafeen? Simpel, je rolt het op. Hierdoor verandert de plaat in een buis die effectief 1-dimensionaal is, althans wat betreft de elektronen en gaten.
Er zijn enkele belangrijke wiskundige verschillen tussen de massa die op deze manier kan worden gegenereerd en het spul waar je op je knokkels kunt kloppen. Maar nu hebben natuurkundigen de kans om de effecten te vergelijken in een gewoon laboratorium.
De mogelijkheid om massa te genereren of te vernietigen door simpelweg de geometrie van grafeen te veranderen, is een krachtig idee. De eerste uitdaging zal zijn om het effect in het lab te reproduceren. Verwacht de komende weken vastestoffysici te vinden die de middernachtolie verbranden.
Verder is de vraag hoe we onze hernieuwde macht over massa kunnen exploiteren. Suggesties in de commentarensectie alstublieft.
Referentie: arxiv.org/abs/1010.3437 : Dynamische massageneratie via ruimteverdichting in grafeen