Scienza
Scienziati dei superconduttori vicini alla perdita di energia zero
I ricercatori negli Stati Uniti hanno svelato i segreti dei superconduttori ad alta temperatura. I ricercatori dell’Argonne National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno scoperto come minuscole modifiche nella struttura del superidruro consentano la superconduttività a temperature prossime a quella ambiente ma a pressioni estreme, offrendo spunti per la progettazione di superconduttori più pratici.
«Questi esperimenti dimostrano le potenzialità dell’APS potenziato. Ora possiamo studiare le strutture a livello atomico con un livello di dettaglio senza precedenti nei materiali sottoposti a pressioni estreme», ha affermato Maddury Somayazulu, fisico di Argonne.
I ricercatori hanno scoperto che i superconduttori permettono all’elettricità di fluire senza resistenza, il che significa che non si perde energia sotto forma di calore. Questa proprietà li rende utili per tecnologie come gli scanner MRI, gli acceleratori di particelle, i treni a levitazione magnetica e alcuni sistemi di trasmissione di energia.
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I ricercatori hanno inoltre sottolineato che la maggior parte dei superconduttori, tuttavia, funziona solo a temperature estremamente basse, spesso centinaia di gradi sotto zero Fahrenheit. Mantenere i materiali a temperature così basse richiede sistemi di raffreddamento complessi e costosi, il che limita i campi di applicazione dei superconduttori.
Ora, i ricercatori negli Stati Uniti hanno contribuito a fare un passo avanti per superare questa limitazione. Hanno acquisito nuove conoscenze su una classe di materiali chiamati superidruri, che possono diventare superconduttori a temperature molto più elevate, intorno ai 10 gradi Fahrenheit.
Nel nuovo studio, Hemley e i suoi colleghi ricercatori hanno esplorato la possibilità di ridurre la pressione necessaria per ottenere la superconduttività modificando la composizione chimica del materiale. Hanno aggiunto una piccola quantità di ittrio al superidruro di lantanio per renderlo più stabile e diminuire la pressione richiesta.
«Per raggiungere queste pressioni estreme, abbiamo compresso un minuscolo campione tra due diamanti», ha affermato Maddury Somayazulu, fisico dell’APS. Il dispositivo a incudine di diamante del team è in grado di generare pressioni fino a cinque milioni di atmosfere.
Dopo aver formato il materiale superconduttore ad alta pressione e temperatura, il team ha utilizzato raggi X ad alta energia provenienti dall’APS per studiarne la struttura (presso le linee di fascio 16-ID-B e 13-ID-D).
«Abbiamo focalizzato un intenso fascio di raggi X su un campione spesso solo pochi micrometri e largo dai dieci ai venti micrometri», ha affermato Vitali Prakapenka, scienziato della linea di fascio e professore di ricerca presso l’Università di Chicago. Un micrometro corrisponde a circa 1/70 della larghezza di un capello umano.
Il recente aggiornamento dell’APS ha reso possibili queste misurazioni. Il suo fascio di raggi X più luminoso e focalizzato ha permesso ai ricercatori di studiare campioni estremamente piccoli variando la pressione, secondo un comunicato stampa.
«Quel fascio ci ha permesso di separare i segnali provenienti dal minuscolo campione stesso da quelli provenienti dai materiali circostanti e dalle incudini di diamante», ha affermato Prakapenka.
Il team ha scoperto che piccole differenze nella disposizione degli atomi in un reticolo cristallino possono influenzare fortemente la superconduttività. Hanno identificato due diverse strutture cristalline, ognuna delle quali diventa superconduttrice a una temperatura leggermente diversa, come riportato nel comunicato stampa.
«Questi esperimenti dimostrano cosa può fare l’APS aggiornato», ha affermato Somayazulu. «Ora possiamo studiare le strutture a livello atomico con un dettaglio senza precedenti nei materiali sottoposti a pressioni estreme.»
I ricercatori hanno inoltre sottolineato che, sebbene le pressioni utilizzate negli esperimenti siano ancora molto elevate (circa 1,4 milioni di volte la pressione atmosferica), considerano questo un passo avanti a lungo termine. Stanno aggiungendo altri elementi per ridurre ulteriormente la pressione, con l’obiettivo di rendere questi materiali utilizzabili in ambito pratico.
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Superconduttori con capacità di condurre elettricità con resistenza zero, rivoluzionano molti settori. Permettono di creare magneti potentissimi senza dispersioni energetiche, utilizzati negli scanner MRI per diagnostica medica ad alta risoluzione e nei levitatori magnetici per treni superveloci come i Maglev, che fluttuano sopra i binari riducendo attrito e consumi.
Nelle reti elettriche, i cavi superconduttori trasportano enormi quantità di energia su lunghe distanze senza perdite, migliorando l’efficienza delle rinnovabili e riducendo lo spreco globale. Nei computer quantistici, i superconduttori formano qubit (cioè unità fondamentale di informazione nei computer quantistici) stabili a temperature criogeniche, accelerando calcoli impossibili per i sistemi tradizionali.
Superconduttori di questa fattura possono generare campi magnetici intensi per esperimenti di fisica delle particelle e fusione nucleare controllata, aprendo la strada a energia pulita illimitata. In futuro, potrebbero abilitare voli ipersonici o storage di energia magnetica ad altissima densità. La perdita energetica zero trasforma efficienza, velocità e innovazione tecnologica.
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Immagine di Julien Bobroff, Frederic Bouquet, Jeffrey Quilliam, LPS, Orsay, France via Wikimedia pubblicata su licenza Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
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Quantum
La CIA ha usato il sistema magnetico quantistico «Ghost Murmur» per localizzare il pilota F-15 disperso
Grazie all’attivazione del sistema di localizzazione dei sopravvissuti al combattimento (CSEL) della Boeing da parte dell’ufficiale addetto ai sistemi d’arma dell’F-15 abbattuto, noto pubblicamente solo come «Dude 44 Bravo», le forze statunitensi sarebbero riuscite a restringere l’area di ricerca e a localizzare il secondo membro dell’equipaggio abbattuto sul sud dell’Iran, utilizzando uno strumento di ricognizione segreto della CIA noto come «Ghost Murmur» («mormorìo fantasma»). Lo riporta il New York Post.
Lo strumento di sorveglianza a lungo raggio basato sulla magnetometria quantistica, alimentato dall’Intelligenza Artificiale, è stato utilizzato negli Stati Uniti per le operazioni di ricerca e soccorso del secondo membro dell’equipaggio del caccia F-15 abbattuto. Secondo alcune fonti, Ghost Murmur sarebbe in grado di rilevare segnali deboli come il segnale magnetico di un battito cardiaco umano a lunghe distanze e in ambienti complessi, utilizzando l’intelligenza artificiale per filtrare il rumore.
Il presidente Trump e il direttore della CIA John Ratcliffe hanno accennato al nuovo strumento di super-sorveglianza durante una conferenza stampa alla Casa Bianca lunedì pomeriggio. Si è trattato del primo impiego operativo sul campo di Ghost Murmur, o almeno del primo reso pubblico. «È come sentire una voce in uno stadio, solo che lo stadio è un’area desertica di migliaia di chilometri quadrati», ha dichiarato al NY Post una fonte informata sul caso Ghost Murmur. «Nelle giuste condizioni, se il tuo cuore batte, ti troveremo».
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Secondo alcune fonti, Ghost Murmur sarebbe stato sviluppato dalla Skunk Works di Lockheed Martin e testato sugli elicotteri Black Hawk, con un possibile impiego futuro sui caccia stealth F-35. «Il nome non è casuale. “Murmur” è un termine clinico che indica un’aritmia cardiaca. “Fantasma” si riferisce al ritrovamento di qualcuno che, a tutti gli effetti, è scomparso», ha affermato un’altra fonte.
Si trattava di «un ambiente pressoché incontaminato» grazie alle basse interferenze elettromagnetiche, alla «quasi totale assenza di segnali umani concorrenti e, di notte, al contrasto termico tra un corpo vivente e il suolo desertico», che «forniva agli operatori un ulteriore livello di conferma». «Normalmente questo segnale è così debole che può essere misurato solo in ambiente ospedaliero, con sensori premuti quasi a contatto con il torace».
Tuttavia «i progressi in un campo noto come magnetometria quantistica, nello specifico i sensori costruiti attorno a difetti microscopici nei diamanti sintetici, hanno apparentemente reso possibile rilevare questi segnali a distanze notevolmente maggiori».
«Questa capacità non è onnisciente. Funziona al meglio in ambienti remoti e con un basso livello di complessità e richiede tempi di elaborazione considerevoli».
Prima che Ghost Murmur diventasse operativo, Dude 44 Bravo attivò il Combat Survivor Evader Locator (CSEL) della Boeing, un dispositivo di comunicazione sicuro in grado di trasmettere informazioni crittografate sulla posizione e sullo stato senza rivelare la sua posizione alle forze nemiche. «È come cercare un ago in un pagliaio, trovare questo pilota, e la CIA è stata incredibile», ha detto Trump lunedì, riferendosi al Ghost Murmur.
«La CIA ha avuto un ruolo fondamentale nel ritrovare questo piccolo puntino», ha detto il presidente, aggiungendo che la CIA ha individuato l’americano scomparso da «64 chilometri di distanza».
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