TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
Boaz Almog faz um supercondutor "levitar".
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Como é que pode um disco superfino, de 7,6 cm, levantar por meio de levitação algo 70.000 vezes seu próprio peso? Numa demonstração fascinante e futurística, Boaz Almog mostra como um fenômeno conhecido como "prisão quântica" permite que um disco supercondutor flutue sobre um trilho magnético completamente sem fricção e sem nenhuma perda de energia.
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
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00:25
The phenomenon you saw here for a brief moment
0
9752
4318
O fenômeno que vocês acabaram de ver aqui por um breve momento
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
se chama levitação quântica e prisão quântica.
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
E o objeto que levitava aqui
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
é chamado de supercondutor.
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
Supercondutividade é um estado quântico da matéria,
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
e ocorre apenas abaixo de uma certa temperatura crítica.
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
Bem, este é um fenômeno antigo.
00:54
it was discovered 100 years ago.
7
38544
1766
Ele foi descoberto 100 anos atrás.
00:56
However, only recently,
8
40310
2126
No entanto, só recentemente,
00:58
due to several technological advancements,
9
42436
2362
graças a diversos avanços tecnológicos,
01:00
we are now able to demonstrate to you
10
44798
2672
agora somos capazes de demonstrar para vocês
01:03
quantum levitation and quantum locking.
11
47470
3746
a levitação quântica e a prisão quântica.
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
12
51216
5845
Bem, um supercondutor se define por duas propriedades.
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
A primeira é a resistência elétrica nula,
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
e a segunda é a expulsão do campo magnético do interior do supercondutor.
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
Parece complicado, não é mesmo?
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
Mas o que é resistência elétrica?
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
Bem, eletricidade é o fluxo de elétrons dentro de um material.
01:35
And these electrons, while flowing,
18
79422
3349
E esses elétrons, enquanto fluem,
01:38
they collide with the atoms, and in these collisions
19
82771
2688
colidem com os átomos e, nessas colisões,
01:41
they lose a certain amount of energy.
20
85459
2216
perdem uma certa quantidade de energia.
01:43
And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
21
87675
5601
E eles dissipam essa energia na forma de calor, e vocês conhecem esse efeito.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
22
93276
5919
No entanto, dentro de um supercondutor não existem colisões,
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
logo, não há dissipação de energia.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
É realmente impressionante. Pensem bem.
02:02
In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
25
106868
5079
Na física clássica, existe sempre alguma fricção, alguma perda de energia.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
Mas não aqui, porque se trata de um efeito quântico.
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
27
116016
8686
Mas isso não é tudo, pois supercondutores não gostam de campos magnéticos.
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
Por isso, um supercondutor vai tentar expulsar o campo magnético de seu interior,
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
e ele tem os meios para fazer isso através das correntes de blindagem.
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
Bem, a combinação de ambos os efeitos -
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
a expulsão de campos magnéticos e a resistência elétrica nula -
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
é exatamente o que define um supercondutor.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
Mas o quadro não é sempre perfeito, como nós bem sabemos,
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
e algumas linhas do fluxo magnético continuam dentro do supercondutor.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
Bem, em condições adequadas, as quais nós temos aqui,
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
essas linhas do fluxo magnético podem ficar presas dentro do supercondutor.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
37
167645
6257
E essas linhas do fluxo magnético dentro do supercondutor
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
vêm em quantidades distintas.
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
Por quê? Porque é um fenômeno quântico. É física quântica.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
E acontece que elas se comportam como partículas quânticas.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
Neste vídeo aqui, vocês podem ver como elas flutuam uma a uma, separadamente.
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
Isso são linhas do fluxo magnético. Não são partículas,
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
mas se comportam como partículas.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
Assim, esta é a razão pela qual chamamos este efeito de levitação quântica e da prisão quântica.
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
Mas o que acontece com o supercondutor quando o colocamos dentro de um campo magnético?
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
Bem, primeiramente, existem linhas do fluxo magnético que ficaram lá dentro,
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
mas acontece que o supercondutor não está nada satisfeito com elas se movimentando por ali,
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
pois seus movimentos dissipam energia,
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
o que quebra o estado de supercondutividade.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
Então, o que ele faz, na verdade, é aprisionar essas linhas,
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
que são chamados de fluxons, e ele aprisiona esses fluxons no lugar.
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
E, ao fazer isso, o que ele realmente faz é aprisionar a si mesmo naquele espaço.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
Por quê? Porque qualquer movimento do supercondutor vai mudar o lugar deles,
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
vai mudar a configuração deles.
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
Assim, nós temos a prisão quântica. Deixe-me mostrar a vocês como isso funciona.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
Eu tenho aqui um supercondutor, que embrulhei de forma a mantê-lo frio por tempo suficiente.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
Quando eu o coloco no topo de um ímã comum,
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
ele simplesmente fica preso no ar.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(Aplausos)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
Agora, isto aqui não é simplesmente levitação. Não é apenas repulsão.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
Eu posso rearranjar os fluxons e ele vai ficar preso nessa nova configuração.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
Como esta, ou movê-lo ligeiramente para a direita ou para a esquerda.
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
Assim, esta prisão quântica - verdadeira prisão - prisão tridimensional do supercondutor.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
É claro que eu posso virá-lo de cabeça para baixo,
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
e ele vai continuar preso.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
Bom, agora que nós entendemos que o que é conhecido como levitação é, na verdade, prisão,
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
sim, nós entendemos disso.
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
vocês não vão se surpreender se eu pegar este ímã circular,
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
no qual o campo magnético é o mesmo por todo ele,
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
o supercondutor vai ser capaz de rodar livremente ao redor do eixo do ímã.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
Por que? Porque, enquanto ele roda, a prisão é mantida.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
Estão vendo? Eu posso ajustar e posso rodar o supercondutor.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
Nós temos movimento sem fricção. Ainda está levitando, mas podemos mover livremente tudo ao redor.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
Assim, temos a prisão quântica e podemos levitá-lo no topo deste ímã.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
Mas quantos fluxons, quantas linhas do fluxo magnético existem num único disco como este?
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
Bem, nós podemos calcular, e verifica-se que são muitas.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
Cem bilhões de linhas de fluxo magnético dentro deste disco de 7,62 cm.
06:28
But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
78
372692
4104
Mas essa ainda não é a parte mais impressionante, porque existe algo que ainda não lhes contei.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
Ah, sim, a parte mais impressionante é que este supercondutor que vocês veem aqui
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
tem apenas meio mícron de espessura. É extremamente fino.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
E essa camada extremamente fina é capaz de levitar mais de 70.000 vezes seu próprio peso.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
É um efeito impressionante. É muito forte.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
Agora, eu posso estender este ímã circular,
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
e fazer qualquer caminho que queira.
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
Por exemplo, eu posso fazer um grande trilho circular aqui.
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
E quando eu coloco o disco supercondutor no topo deste trilho,
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
ele se move livremente.
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(Aplausos).
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
E, mais uma vez, isso não é tudo. Eu posso ajustar sua posição assim, e rodar,
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
e ele se move livremente nessa nova posição.
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
E eu posso até mesmo tentar algo novo. Vamos tentar isso pela primeira vez.
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
Eu posso pegar este disco e colocá-lo aqui,
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
e enquanto ele fica aqui - não se mexa -
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
eu vou tentar rodar o trilho,
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
e espero que - se é que eu fiz tudo certo -
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
ele permanece suspenso.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(Aplausos)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
Vejam, é prisão quântica, não é levitação.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
Bem, enquanto eu deixo ele rodar um pouco mais,
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
deixem me falar um pouco mais sobre os supercondutores.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
Bem - (Risos) -
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
Então agora nós sabemos que somos capazes de transferir quantidades enormes de corrente dentro dos supercondutores,
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
de modo a usá-los para produzir campos magnéticos fortes,
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
tais como os usados nos aparelhos de ressonância magnética, aceleradores de partículas e outros mais.
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
Mas nós também podemos armazenar energia usando supercondutores,
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
pois não temos dissipação aí.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
Da mesma forma, nós poderíamos produzir cabos de força e transferir enormes quantidades de corrente entre centrais elétricas.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
Imaginem poder alimentar uma única central elétrica com um único cabo supercondutor.
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
Mas, afinal, qual é o futuro da levitação quântica e da prisão quântica?
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
Bem, vou tentar responder a essa pergunta simples dando um exemplo.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
Imaginem que vocês tenham um disco parecido com este que tenho aqui agora na minha mão -
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
7,6 cm de diâmetro -, com uma única diferença:
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
a camada supercondutora, em vez de ter meio mícron de espessura,
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
tem dois milímetros de espessura, bastante fina.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
Esta camada supercondutora de dois milímetros de espessura pode segurar 1.000 quilos, um carro pequeno, na minha mão.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
Impressionante. Obrigado.
10:03
(Applause)
117
587494
15080
(Aplausos)
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