TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
Boaz Almog doet een supergeleider "zweven"
Filmed:
Readability: 4.6
2,644,569 views
Hoe kan een flinterdunne schijf van 7,5 cm iets doen zweven van 70.000 keer zijn gewicht? In een ijzersterke futuristische demonstratie toont Boaz Almog hoe een fenomeen gekend als kwantumlocking een supergeleidende schijf kan doen zweven boven een magnetische baan -- volledig zonder wrijving en zonder energieverlies.
Boaz Almog - Quantum Researcher
Boaz Almog uses quantum physics to levitate and trap objects in midair. Call it "quantum levitation." Full bio
Boaz Almog uses quantum physics to levitate and trap objects in midair. Call it "quantum levitation." Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:25
The phenomenon you saw here for a brief moment
0
9752
4318
Het fenomeen dat je hier even zag,
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
heet kwantumlevitatie en kwantumlocking.
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
Het object dat zweefde
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
heet een supergeleider.
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
Supergeleiding is een kwantumstatus van de materie
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
die enkel onder een bepaalde temperatuur voorkomt.
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
Het fenomeen bestaat allang.
00:54
it was discovered 100 years ago.
7
38544
1766
Het werd 100 jaar geleden ontdekt.
00:56
However, only recently,
8
40310
2126
Maar pas sinds kort,
00:58
due to several technological advancements,
9
42436
2362
dankzij nieuwe technologieën,
01:00
we are now able to demonstrate to you
10
44798
2672
kunnen we een demonstratie geven
01:03
quantum levitation and quantum locking.
11
47470
3746
van kwantumlevitatie en kwantumlocking.
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
12
51216
5845
Een supergeleider heeft twee typische kenmerken.
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
Eén: de elektrische weerstand is nul.
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
Twee: de binnenkant van de supergeleider
stoot een magnetisch veld af.
stoot een magnetisch veld af.
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
Klinkt ingewikkeld, niet?
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
Wat is elektrische weerstand?
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
Elektriciteit is de beweging van elektronen in materiaal.
01:35
And these electrons, while flowing,
18
79422
3349
Terwijl elektronen bewegen,
01:38
they collide with the atoms, and in these collisions
19
82771
2688
botsen ze met atomen.
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
Daarbij verliezen ze energie.
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
Die verliezen ze als warmte.
Dat effect ken je.
Dat effect ken je.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
22
93276
5919
Maar in een supergeleider zijn er geen botsingen.
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
Dus is er geen energieverlies.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
Dat is merkwaardig.
Even nadenken.
Even nadenken.
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
25
106868
5079
In de klassieke fysica is er altijd
wrijving en energieverlies.
wrijving en energieverlies.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
Hier niet, want het is een kwantumeffect.
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
Bovendien houden supergeleiders niet
van magnetische velden.
van magnetische velden.
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
Een supergeleider zal het magnetische veld willen afstoten.
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
Dat kan door stroom te doen circuleren.
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
De combinatie van de twee effecten --
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
de afstoting van magnetische velden
en elektrische weerstand nul --
en elektrische weerstand nul --
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
is nu net een supergeleider.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
Het plaatje is niet altijd perfect.
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
Soms blijven er strengen magnetisch veld
in de supergeleider.
in de supergeleider.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
In goede omstandigheden, zoals hier,
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
kunnen die vastgehouden worden in een supergeleider.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
37
167645
6257
Die strengen magnetisch veld in de supergeleider
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
komen voor in discrete hoeveelheden.
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
Omdat het een kwantumfenomeen is, kwantumfysica.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
Blijkt dat ze zich als kwantumdeeltjes gedragen.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
In dit filmpje zie je hoe ze één voor één discreet bewegen.
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
Dit zijn strengen magnetisch veld.
Het zijn geen deeltjes,
Het zijn geen deeltjes,
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
maar ze gedragen zich als deeltjes.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
Daarom noemen we dit
kwantumlevitatie en kwantumlocking.
kwantumlevitatie en kwantumlocking.
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
Wat gebeurt er als we de supergeleider
in een magnetisch veld zetten?
in een magnetisch veld zetten?
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
Eerst zijn er strengen magnetisch veld binnenin.
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
De supergeleider houdt er niet van dat die bewegen,
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
omdat beweging tot energieverlies leidt,
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
wat de staat van supergeleiding verbreekt.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
Dus pint hij de strengen vast,
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
die fluxons heten, en pint de fluxons vast.
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
Daardoor pint hij zichzelf vast.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
Omdat elke beweging van de supergeleider
hun paats wijzigt,
hun paats wijzigt,
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
hun configuratie.
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
Vandaar de kwantumlocking.
Ik toon even hoe dat werkt.
Ik toon even hoe dat werkt.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
Dit is een supergeleider,
ingepakt om lang genoeg koud te blijven.
ingepakt om lang genoeg koud te blijven.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
Als ik die bovenop een gewone magneet plaats,
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
blijft die in de lucht vastgepind.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(Applaus)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
Dit is niet gewoon zweven of afstoten.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
Ik kan de fluxons herschikken
en hem in de nieuwe configuratie vastpinnen.
en hem in de nieuwe configuratie vastpinnen.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
Zo, of iets naar rechts of links bewegen.
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
Dit is kwantumlocking –
driedimensionaal vastpinnen van de supergeleider.
driedimensionaal vastpinnen van de supergeleider.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
Ik kan hem op zijn kop zetten.
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
Hij blijft vastgepind.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
We begrijpen nu dat zweven eigenlijk vastpinnen is.
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
Dat begrijpen we.
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
Het zal je niet verbazen dat bij deze cirkelmagneet,
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
waar het magnetisch veld overal eender is,
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
de supergeleider vrij
om de as van de magneet zal roteren.
om de as van de magneet zal roteren.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
Dat komt omdat hij vastgepind blijft terwijl hij roteert.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
Ik kan de supergeleider aanpassen en roteren.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
Beweging zonder wrijving.
Hij zweeft nog maar kan vrij rondbewegen.
Hij zweeft nog maar kan vrij rondbewegen.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
Er is kwantumlocking.
We doen hem boven deze magneet zweven.
We doen hem boven deze magneet zweven.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
Hoeveel fluxons of magnetische strengen
zitten er in deze ene schijf?
zitten er in deze ene schijf?
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
Dat kunnen we berekenen. Het zijn er veel.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
Deze schijf van 7,5 cm bevat
100 miljard strengen magnetisch veld.
100 miljard strengen magnetisch veld.
06:28
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
78
372692
4104
Dat is nog niet het verbluffende stuk. Er is meer.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
Het verbluffende is dat deze supergeleider
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
maar een halve micron dik is.
Hij is flinterdun.
Hij is flinterdun.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
Deze flinterdunne laag
kan 70.000 keer haar eigen gewicht doen zweven.
kan 70.000 keer haar eigen gewicht doen zweven.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
Het is een opmerkelijk effect.
Het is zeer sterk.
Het is zeer sterk.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
Ik kan deze cirkelmagneet uitbreiden
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
en elke gewenste baan maken.
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
Ik kan hier een grote cirkelbaan maken.
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
Als ik de supergeleider op die baan plaats,
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
beweegt die vrij.
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(Applaus)
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
Dat is niet alles.
Ik kan de positie aanpassen, roteren,
Ik kan de positie aanpassen, roteren,
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
en hij beweegt vrij in de nieuwe positie.
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
Ik kan iets nieuws uitproberen.
Dit is een première.
Dit is een première.
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
Ik neem deze schijf en zet ze hier.
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
Terwijl ze hier blijft -- niet bewegen --
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
probeer ik de baan te roteren.
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
Als ik het goed gedaan heb,
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
blijft ze hangen.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(Applaus)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
Je ziet dat het kwantumlocking is,
niet kwantumlevitatie.
niet kwantumlevitatie.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
Ik laat het hier nog wat draaien.
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
Intussen vertel ik wat over supergeleiders.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
Nu -- (Gelach) --
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
We weten dat we enorme hoeveelheden stroom
in supergeleiders kunnen transfereren.
in supergeleiders kunnen transfereren.
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
Die kunnen we gebruiken
om sterke magnetische velden te maken,
om sterke magnetische velden te maken,
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
zoals voor MRI-machines, deeltjesversnellers en zo.
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
We kunnen ook energie opslaan met supergeleiders
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
omdat er geen verlies is.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
We kunnen kabels maken om enorme hoeveelheden stroom
tussen krachtcentrales te transfereren.
tussen krachtcentrales te transfereren.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
Stel je voor: een backup voor een krachtcentrale
met één supergeleidingskabel.
met één supergeleidingskabel.
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
Wat is de toekomst van kwantumlevitatie en kwantumlocking?
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
Ik beantwoord deze simpele vraag met een voorbeeld.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
Stel je een schijf zoals deze in mijn hand voor,
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
7,5 cm diameter, met één verschil.
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
In plaats van een halve micron
is de supergeleidingslaag
is de supergeleidingslaag
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
twee millimeter dik.
Echt dun.
Echt dun.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
Deze supergeleidingslaag van twee mm
kan een ton, een kleine auto, dragen.
kan een ton, een kleine auto, dragen.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
Verbluffend. Dankuwel.
10:03
(Applause)
117
587494
15080
(Applaus)
ABOUT THE SPEAKER
Boaz Almog - Quantum ResearcherBoaz Almog uses quantum physics to levitate and trap objects in midair. Call it "quantum levitation."
Why you should listen
In October 2011, Boaz Almog demonstrated how a superconducting disk can be trapped in a surrounding magnetic field to levitate above it, a phenomenon called “quantum levitation.” This demonstration, seemingly taken from a sci-fi movie, is the result of many years of R&D on high-quality superconductors. By using exceptional superconductors cooled in liquid nitrogen, Almog and his colleague Mishael Azoulay at the superconductivity group at Tel Aviv University (lead by Prof. Guy Deutscher) were able to demonstrate a quantum effect that, although well known to physicists worldwide, had never been seen and demonstrated in such a compelling way.
Experiment credits:
Prof. Guy Deutscher, Mishael Azoulay and Boaz Almog
High Tc Superconductivity Group
School of Physics and Astronomy
Tel Aviv University
Watch more footage from this demo >>
Boaz Almog | Speaker | TED.com