C'è un momento in qualsiasi film o cartone animato che raffigura uno scienziato pazzo quando fanno scattare un interruttore o mescolano due sostanze chimiche e un boom, il loro laboratorio esplode e il fumo esce dalle finestre e dalle porte. In realtà, almeno nell'era moderna, le esplosioni di laboratorio sono scoraggiate. Ma un recente esperimento con l'elettromagnetismo a Tokyo ha prodotto il campo magnetico controllato più forte mai creato, riferisce Samuel K. Moore all'IEEE Spectrum, abbastanza potente da far esplodere le porte del laboratorio.
Il big bang è arrivato quando i ricercatori dell'Università di Tokyo hanno pompato 3, 2 megajoule di elettricità in una bobina appositamente progettata per produrre un enorme campo magnetico. Mentre i ricercatori speravano che il campo raggiungesse i 700 tesla, l'unità utilizzata per misurare la densità del flusso magnetico o informalmente, l'intensità del campo magnetico. Invece, il campo ha raggiunto 1.200 tesla. È circa 400 volte più potente della più potente macchina per risonanza magnetica, che produce tre tesla. L'esplosione risultante piegò l'armadio di ferro in cui era chiuso il dispositivo e aprì le porte di metallo.
"Ho progettato l'alloggiamento di ferro per resistere a circa 700 T", dice a Moore il fisico Shojiro Takeyama, autore senior dello studio sulla rivista Review of Scientific Instruments. “Non mi aspettavo che fosse così alto. La prossima volta lo renderò più forte. "
Fortunatamente, i ricercatori stessi sono stati nascosti in una sala di controllo, protetti dall'esplosione.
Quindi, cosa stavano facendo Takeyama e i suoi colleghi scatenando enormi boom magnetici nel mezzo di Tokyo? Rafi Letzer di LiveScience spiega che gli scienziati hanno perseguito campi magnetici controllati sempre più grandi per diversi decenni. Takeyama ha cercato di battere il livello di 1.000 tesla negli ultimi 20 anni, raggiungendo l'obiettivo con questo nuovo dispositivo.
In sostanza, l'elettromagnete è una serie di tubi costituiti da una bobina con una bobina interna di rame al suo interno. Quando enormi quantità di elettricità attraversano le bobine, la bobina interna collassa su se stessa ad una velocità di Mach 15, che è superiore a 3 miglia al secondo. Il campo magnetico nella bobina si comprime sempre più stretto fino a raggiungere livelli incredibilmente alti. Quindi, in una frazione di secondo, tutto crolla, provocando l'esplosione. Con un po 'più di ingegneria e alcune porte più forti, il team ritiene di poter spingere il proprio dispositivo a 1.800 tesla.
Questo non era il più grande campo magnetico mai generato dall'uomo. Alcuni campi super potenti sono prodotti dai laser, ma sono così piccoli e di breve durata che sono difficili da studiare o utilizzare. Takeyama dice a Letzer che storicamente, i ricercatori americani e russi hanno effettuato alcuni test all'aperto su larga scala usando esplosivi ad alto contenuto attorno a bobine magnetiche, producendo campi fino a 2.800 tesla. Ma anche questi sono imperfetti.
"Non possono condurre questi esperimenti nei laboratori interni, quindi di solito conducono qualsiasi cosa all'aperto, come la Siberia in un campo o da qualche parte in un posto molto ampio a Los Alamos [New Mexico]", dice. "E provano a fare una misurazione scientifica, ma a causa di queste condizioni, è molto difficile effettuare misurazioni precise."
Lo strumento del team, tuttavia, può essere utilizzato in un ambiente di laboratorio controllato e produce un campo relativamente ampio, un po 'meno di un nanometro, che è abbastanza grande per fare un po' di scienza vera. Secondo un comunicato stampa, l'obiettivo è quello di produrre un campo magnetico controllato che potrebbe essere utilizzato dai fisici. La speranza è che il campo possa essere controllato abbastanza bene da poter posizionare i materiali all'interno del piccolo campo in modo che i ricercatori possano portare gli elettroni al loro "limite quantico", in cui le particelle sono tutte allo stato fondamentale, rivelando le proprietà che i ricercatori hanno ancora scoprire. In tal caso, più grande è meglio.
"In generale, maggiore è il campo, la risoluzione della misurazione diventa sempre migliore", Takeyama dice a Moore all'IEEE.
L'altra possibile applicazione - una volta che le esplosioni vengono risolte dal sistema - è l'uso nei reattori a fusione, un tipo di dispositivo che produce energia in cui il plasma viene mantenuto stabile usando un forte campo magnetico mentre i suoi idrogeno si fondono, creando una reazione simile a quella del sole e la produzione di energia pulita quasi illimitata. Secondo il comunicato, i ricercatori ritengono di dover essere in grado di controllare un campo magnetico da 1.000 tesla per produrre una fusione nucleare prolungata.
