TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
Boaz Almog: O supercondutor que levita
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Como é que um disco super fino, de 8 cm de diâmetro consegue pôr a levitar cerca de 70 000 vezes o seu próprio peso? Numa demonstração hipnotizante e futurista, Boaz Almog mostra como um fenómeno conhecido por travamento quântico permite que um disco supercondutor flutue sobre um carril eletromagnético — totalmente sem fricção e com perda de energia zero.
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 fenómeno que viram aqui,
por um breve momento
por um breve momento
00:29
is called quantum levitation and quantum locking.
1
14070
6389
chama-se levitação quântica
e travamento quântico.
e travamento quântico.
00:36
And the object that was levitating here
2
20459
3889
O objeto que estava aqui a levitar
00:40
is called a superconductor.
3
24348
2001
chama-se um supercondutor.
00:42
Superconductivity is a quantum state of matter,
4
26349
5592
A supercondutividade é
um estado quântico da matéria
um estado quântico da matéria
00:47
and it occurs only below a certain critical temperature.
5
31941
4257
e ocorre apenas abaixo
de certa temperatura crítica.
de certa temperatura crítica.
00:52
Now, it's quite an old phenomenon;
6
36198
2346
É um fenómeno antigo.
00:54
it was discovered 100 years ago.
7
38544
1766
Foi descoberto há 100 anos.
00:56
However, only recently,
8
40310
2126
Mas só recentemente,
00:58
due to several technological advancements,
9
42436
2362
graças a vários avanços tecnológicos,
01:00
we are now able to demonstrate to you
10
44798
2672
estamos aptos a demonstrar
01:03
quantum levitation and quantum locking.
11
47470
3746
a levitação quântica
e o travamento quântico.
e o travamento quântico.
01:07
So, a superconductor is defined by two properties.
12
51216
5845
Um supercondutor é definido
por duas propriedades.
por duas propriedades.
01:12
The first is zero electrical resistance,
13
57061
3456
A primeira é a resistência elétrica zero.
01:16
and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
14
60517
6889
A segunda é a expulsão dum campo magnético
do interior do supercondutor.
do interior do supercondutor.
01:23
That sounds complicated, right?
15
67406
2895
Isto parece complicado, não é?
01:26
But what is electrical resistance?
16
70301
2872
Afinal, o que é a resistência elétrica?
01:29
So, electricity is the flow of electrons inside a material.
17
73173
6249
A eletricidade é o fluxo de eletrões
no interior de um material.
no interior de um material.
01:35
And these electrons, while flowing,
18
79422
3349
Esses eletrões, que circulam,
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
Dissipam essa energia sob a forma de calor
— todos conhecemos esse efeito.
— todos conhecemos esse efeito.
01:49
However, inside a superconductor there are no collisions,
22
93276
5919
No entanto, dentro de um supercondutor
não existem colisões,
não existem colisões,
01:55
so there is no energy dissipation.
23
99195
4692
logo, não existe dissipação de energia.
01:59
It's quite remarkable. Think about it.
24
103887
2981
É espantoso. Pensem nisso.
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.
alguma fricção, alguma perda de energia.
02:07
But not here, because it is a quantum effect.
26
111947
4038
Mas aqui não, porque se trata
de um efeito quântico.
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,
porque os supercondutores
não gostam de campos magnéticos.
não gostam de campos magnéticos.
Por isso, um supercondutor vai tentar
expelir o campo magnético do seu interior
expelir o campo magnético do seu interior
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
28
124702
4317
02:24
and it has the means to do that by circulating currents.
29
129019
6123
e vai fazer isso através
de correntes circulantes.
de correntes circulantes.
02:31
Now, the combination of both effects --
30
135142
2990
A combinação dos dois efeitos
02:34
the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
31
138132
6000
— a expulsão de campos magnéticos
e a resistência elétrica zero —
e a resistência elétrica zero —
02:40
is exactly a superconductor.
32
144132
3168
é exatamente o que constitui
um supercondutor.
um supercondutor.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
33
147300
4216
Mas nada é perfeito,
como todos sabemos.
como todos sabemos.
02:47
and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
34
151516
7385
Às vezes permanecem resquícios
de campos magnéticos
de campos magnéticos
dentro do supercondutor.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
35
158901
3654
Se houver boas condições,
como as que temos aqui,
como as que temos aqui,
02:58
these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
36
162555
5090
esses resquícios de campo magnético
podem ficar presos dentro do supercondutor.
podem ficar presos dentro do supercondutor.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
37
167645
6257
Esses resquícios de campo magnético
dentro do supercondutor,
dentro do supercondutor,
03:09
they come in discrete quantities.
38
173902
2845
aparecem em quantidades discretas.
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
39
176747
3646
Porquê? Porque é um fenómeno quântico,
é física quântica.
é física quântica.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
40
180393
3850
Portanto, comportam-se
como partículas quânticas.
como partículas quânticas.
03:20
In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
41
184243
5579
Neste filme, podem ver como eles passam
um por um discretamente.
um por um discretamente.
São resquícios de campo magnético.
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
42
189822
3893
Não são partículas,
mas comportam-se como partículas.
mas comportam-se como partículas.
03:29
but they behave like particles.
43
193715
4295
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
44
198010
4194
É por isso que chamamos a este efeito
levitação quântica e travamento quântico.
levitação quântica e travamento quântico.
03:38
But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
45
202204
6063
Que acontece com o supercondutor quando
o colocamos dentro de um campo magnético?
o colocamos dentro de um campo magnético?
03:44
Well, first there are strands of magnetic field left inside,
46
208267
4585
Primeiro, continua a haver lá dentro
resquícios de campo magnético,
resquícios de campo magnético,
03:48
but now the superconductor doesn't like them moving around,
47
212852
4120
mas agora o supercondutor
não gosta que eles se movimentem,
não gosta que eles se movimentem,
03:52
because their movements dissipate energy,
48
216972
3448
porque esses movimentos dissipam energia,
03:56
which breaks the superconductivity state.
49
220420
2946
o que quebra o estado
de supercondutividade.
de supercondutividade.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
50
223366
4358
Então, ele trava esses resquícios,
que se chamam fluxões
que se chamam fluxões
04:03
which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
51
227724
5752
e trava esses fluxões no seu lugar.
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
52
233476
6288
Ao fazer isso, ele trava-se
a si mesmo no seu lugar.
a si mesmo no seu lugar.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
53
239764
9216
Porquê? Porque qualquer movimento
do supercondutor mudará
o lugar dos fluxões,
o lugar dos fluxões,
04:24
will change their configuration.
54
248980
1807
mudará a configuração deles.
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
Temos portanto um travamento quântico.
Vou mostrar como é que funciona.
Vou mostrar como é que funciona.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
56
256084
5760
Tenho aqui um supercondutor, que embrulhei
para que fique frio por tempo suficiente.
para que fique frio por tempo suficiente.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
Quando o coloco em cima de um imã vulgar,
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
ele fica travado 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
Atenção, isto não é apenas levitação.
Não é apenas repulsão.
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 fluxões
e ele fica travado nessa nova configuração.
e ele fica travado nessa nova configuração.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
Deste modo, ou movendo-o um pouco
para direita ou para a esquerda.
para direita ou para a esquerda.
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
63
287436
7751
Isto é travamento quântico,
um verdadeiro travamento
um verdadeiro travamento
dum superconductor tridimensional.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
64
295187
2160
Claro, posso virá-lo de cabeça para baixo
05:13
and it will remain locked.
65
297347
2906
e ele vai continuar travado.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
Agora que já percebemos
que esta aparente levitação
que esta aparente levitação
é na verdade um travamento
05:25
Yeah, we understand that.
67
309475
4314
— sim, já percebemos isso —
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
68
313789
4262
não vão ficar admirados
por ouvir dizer que,
por ouvir dizer que,
se eu agarrar neste imã circular,
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
69
318051
3968
em que o campo magnético
é o mesmo em toda a volta,
é o mesmo em toda a volta,
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
o supercondutor poderá rodar livremente
em torno do eixo do imã.
em torno do eixo do imã.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
71
327955
6024
Porquê? Porque, enquanto ele roda,
mantém-se o travamento.
mantém-se o travamento.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
Estão a ver? Posso ajustar
e rodar o supercondutor.
e rodar o supercondutor.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
73
340005
6662
Temos movimento sem fricção.
Ainda está a levitar,
mas pode mover-se livremente.
mas pode mover-se livremente.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
Temos pois travamento quântico
e podemos levitá-lo por cima deste imã.
e podemos levitá-lo por cima deste imã.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
75
355947
6496
Mas quantos fluxões, quantos resquícios
magnéticos existem num disco como este?
magnéticos existem num disco como este?
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
76
362443
2881
Podemos fazer um cálculo,
e obtemos um número muito grande.
e obtemos um número muito grande.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
77
365324
7368
Cem mil milhões de resquícios
de campo magnético
de campo magnético
dentro deste disco de 8 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 esta não é a parte mais espantosa,
porque há uma coisa
que eu ainda não contei.
que eu ainda não contei.
06:32
And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
79
376796
5616
(Risos)
A parte espantosa é que
este supercondutor que aqui veem
este supercondutor que aqui veem
06:38
is only half a micron thick. It's extremely thin.
80
382412
7525
tem uma espessura de apenas meio mícron.
É extremamente fino.
Este disco extremamente fino
consegue pôr a levitar
consegue pôr a levitar
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
81
389937
9562
mais de 70 000 vezes
o seu próprio peso.
o seu próprio peso.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
82
399499
5833
É um efeito espantoso. É muito forte.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
83
405332
3577
Ora bem, eu posso estender
este imã circular
este imã circular
07:04
and make whatever track I want.
84
408909
4781
e fazer o caminho que eu quiser.
Por exemplo, posso fazer aqui
um grande carril circular.
um grande carril circular.
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
85
413690
3929
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
86
417619
6883
Quando coloco este disco supercondutor
por cima deste carril,
por cima deste carril,
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
ele move-se 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
Mais uma vez, isto não é tudo.
Posso ajustar assim a sua posição e rodar.
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
Ele move-se 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
Posso até tentar uma coisa nova.
Vou tentá-la pela primeira vez.
Vou tentá-la pela primeira vez.
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
Posso agarrar neste disco
e colocá-lo aqui.
e colocá-lo aqui.
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
Enquanto ele fica aqui — não te mexas —
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
vou tentar rodar o carril.
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
Segundo espero, se o fiz corretamente,
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
ele continua suspenso.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(Aplausos)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
Estão a ver, é travamento quântico,
não é levitação.
não é levitação.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
Enquanto o deixo circular mais um pouco,
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
vou falar um pouco de supercondutores.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
(Risos)
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
Sabemos agora que conseguimos transferir
uma enorme quantidade de corrente
uma enorme quantidade de corrente
no interior dos supercondutores.
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
Podemos usá-la para produzir
campos magnéticos fortes,
campos magnéticos fortes,
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
como os que são necessários
nas máquinas de RMI,
nas máquinas de RMI,
nos aceleradores de partículas e outros.
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
Mas podemos também armazenar energia
usando os supercondutores,
usando os supercondutores,
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
porque não temos dissipação.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
Podemos também produzir
cabos de alimentação,
cabos de alimentação,
para transferir enormes quantidades
de corrente entre as centrais elétricas.
de corrente entre as centrais elétricas.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
Imaginem podermos alimentar
uma central elétrica inteira
uma central elétrica inteira
com um único cabo supercondutor.
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
Qual é o futuro da levitação quântica
e do travamento quânticos?
e do travamento quânticos?
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
Vou responder a esta pergunta simples
dando um exemplo.
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 têm um disco semelhante
ao que tenho aqui na minha mão,
ao que tenho aqui na minha mão,
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
com 8 cm de diâmetro,
com uma única diferença.
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,
em vez de ter meio mícron de espessura,
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
tem dois milímetros de largura,
bastante delgado.
bastante delgado.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
Essa camada supercondutora
de dois milímetros de espessura
de dois milímetros de espessura
pode aguentar 1000 quilos
— um carrito pequeno — na minha mão.
— um carrito pequeno — na minha mão.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
Incrível!
Obrigado.
(Aplausos)
10:03
(Applause)
117
587494
15080
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