TEDGlobal 2012
Boaz Almog: The levitating superconductor
Boaz Almog fa levitare un superconduttore
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Come può un disco super-sottile di 8 cm levitare 70 000 volte il suo peso? In un'affascinante dimostrazione futuristica Boaz Almog mostra come un fenomeno noto come locking quantistico permette ad un disco superconduttore di galleggiare su un binario magnetico -- senza nessuna frizione e senza perdita di 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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The phenomenon you saw here for a brief moment
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9752
4318
Il fenomeno che avete visto qui per un breve momento
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is called quantum levitation and quantum locking.
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6389
si chiama levitazione quantistica e "locking" quantistico.
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And the object that was levitating here
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20459
3889
L'oggetto che stava levitando qui
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is called a superconductor.
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24348
2001
si chiama superconduttore.
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Superconductivity is a quantum state of matter,
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26349
5592
La superconduttività è uno stato quantistico della materia
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and it occurs only below a certain critical temperature.
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4257
e si verifica solo al di sotto di una determinata temperatura.
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Now, it's quite an old phenomenon;
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36198
2346
È un fenomeno abbastanza antico;
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it was discovered 100 years ago.
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1766
è stato scoperto 100 anni fa.
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However, only recently,
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Ma, solo di recente,
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due to several technological advancements,
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grazie a numerosi passi avanti nella tecnologia,
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we are now able to demonstrate to you
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siamo ora in grado di dimostrarvi
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quantum levitation and quantum locking.
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3746
la levitazione quantistica e il locking quantistico.
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So, a superconductor is defined by two properties.
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5845
Un superconduttore possiede due proprietà.
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The first is zero electrical resistance,
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57061
3456
La prima è l'assenza di resistenza elettrica,
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and the second is the expulsion of a magnetic field from the interior of the superconductor.
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e la seconda è l'espulsione di un campo magnetico dall'interno del superconduttore.
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That sounds complicated, right?
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67406
2895
Sembra difficile, vero?
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But what is electrical resistance?
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2872
Ma cos'è la resistenza elettrica?
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So, electricity is the flow of electrons inside a material.
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L'elettricità è il flusso di elettroni all'interno di un materiale.
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And these electrons, while flowing,
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3349
Questi elettroni, mentre scorrono,
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they collide with the atoms, and in these collisions
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2688
si scontrano con gli atomi e in queste collisioni
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they lose a certain amount of energy.
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85459
2216
perdono una certa quantità di energia.
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And they dissipate this energy in the form of heat, and you know that effect.
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87675
5601
Disperdono questa energia sotto forma di calore, e l'effetto lo conoscete.
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However, inside a superconductor there are no collisions,
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93276
5919
Tuttavia, all'interno di un superconduttore non ci sono collisioni,
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so there is no energy dissipation.
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99195
4692
quindi non c'è dispersione di energia.
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It's quite remarkable. Think about it.
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2981
È notevole. Pensateci.
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In classical physics, there is always some friction, some energy loss.
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Nella fisica classica, c'è sempre una qualche frizione, una perdita di energia.
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But not here, because it is a quantum effect.
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4038
Ma non qui, perchè è l'effetto quantistico.
02:11
But that's not all, because superconductors don't like magnetic fields.
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116016
8686
Ma non è tutto, ai superconduttori non piacciono i campi magnetici.
02:20
So a superconductor will try to expel magnetic field from the inside,
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124702
4317
Perciò un superconduttore cercherà di espellere un campo magnetico dall'interno,
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and it has the means to do that by circulating currents.
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129019
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e ha i mezzi per farlo attraverso correnti di circolazione.
02:31
Now, the combination of both effects --
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2990
La combinazione di entrambi gli effetti, ossia
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the expulsion of magnetic fields and zero electrical resistance --
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138132
6000
l'espulsione dei campi magnetici e l'assenza di resistenza elettrica,
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is exactly a superconductor.
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144132
3168
fanno esattamente un superconduttore.
02:43
But the picture isn't always perfect, as we all know,
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147300
4216
Ma, come sappiamo, nulla è perfetto
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and sometimes strands of magnetic field remain inside the superconductor.
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151516
7385
e talvolta strisce di campo magnetico rimangono all'interno del superconduttore.
02:54
Now, under proper conditions, which we have here,
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158901
3654
Nelle giuste condizioni, come adesso,
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these strands of magnetic field can be trapped inside the superconductor.
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162555
5090
queste strisce di campo magnetico possono rimanere intrappolate all'interno del superconduttore.
03:03
And these strands of magnetic field inside the superconductor,
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167645
6257
E queste strisce all'interno del superconduttore
03:09
they come in discrete quantities.
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173902
2845
appaiono in quantità discrete.
03:12
Why? Because it is a quantum phenomenon. It's quantum physics.
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176747
3646
Perché? Perché è un fenomeno quantistico. È fisica quantistica.
03:16
And it turns out that they behave like quantum particles.
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180393
3850
E presentano un comportamento da particelle quantistiche.
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In this movie here, you can see how they flow one by one discretely.
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184243
5579
In questo filmato vedete come scorrono una per una in maniera discreta.
03:25
This is strands of magnetic field. These are not particles,
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189822
3893
Queste sono strisce di campo magnetico, non sono particelle,
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but they behave like particles.
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4295
eppure si comportano come particelle.
03:33
So, this is why we call this effect quantum levitation and quantum locking.
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198010
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Questo è il motivo per cui la chiamiamo levitazione quantistica e locking quantistico.
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But what happens to the superconductor when we put it inside a magnetic field?
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202204
6063
Ma cosa succede al superconduttore quando lo inseriamo in un campo magnetico?
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Well, first there are strands of magnetic field left inside,
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208267
4585
Prima di tutto all'interno rimangono strisce di campo magnetico,
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but now the superconductor doesn't like them moving around,
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212852
4120
ma al superconduttore non piace che si muovano
03:52
because their movements dissipate energy,
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3448
perché i loro movimenti disperdono energia,
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which breaks the superconductivity state.
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220420
2946
spezzando lo stato di superconduttività.
03:59
So what it actually does, it locks these strands,
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223366
4358
Quindi quello che fa è immobilizzare queste strisce
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which are called fluxons, and it locks these fluxons in place.
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227724
5752
che si chiamano flussoni.
04:09
And by doing that, what it actually does is locking itself in place.
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Facendo questo, immobilizza anche se stesso.
04:15
Why? Because any movement of the superconductor will change their place,
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239764
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Perché? Perché qualunque movimento del superconduttore le farebbe spostare,
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will change their configuration.
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248980
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cambiandone la configurazione.
04:26
So we get quantum locking. And let me show you how this works.
55
250787
5297
Otteniamo così il locking quantistico. Ora vi mostro come funziona.
04:31
I have here a superconductor, which I wrapped up so it'd stay cold long enough.
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256084
5760
Ho qui un superconduttore, che ho coperto perché rimanga freddo sufficientemente a lungo.
04:37
And when I place it on top of a regular magnet,
57
261844
4464
Quando lo posiziono sopra una normale calamita,
04:42
it just stays locked in midair.
58
266308
3872
rimane fermo a mezz'aria.
04:46
(Applause)
59
270180
4065
(Applausi)
04:50
Now, this is not just levitation. It's not just repulsion.
60
274245
4046
Questa non è semplice levitazione. Non è semplice repulsione.
04:54
I can rearrange the fluxons, and it will be locked in this new configuration.
61
278291
5121
Posso risistemare i flussoni e rimarrà bloccato in quest'altra configurazione.
04:59
Like this, or move it slightly to the right or to the left.
62
283412
4024
Come questa. O posso spostarlo leggermente a destra o a sinistra.
05:03
So, this is quantum locking -- actually locking -- three-dimensional locking of the superconductor.
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287436
7751
Questo è il locking quantistico, o meglio locking quantistico tridimensionale di un superconduttore.
05:11
Of course, I can turn it upside down,
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295187
2160
Ovviamente lo posso capovolgere,
05:13
and it will remain locked.
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297347
2906
e resterà fermo così.
05:16
Now, now that we understand that this so-called levitation is actually locking,
66
300253
9222
Ora che sappiamo che questa cosiddetta levitazione è in realtà un locking,
05:25
Yeah, we understand that.
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309475
4314
Ora lo sappiamo.
05:29
You won't be surprised to hear that if I take this circular magnet,
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313789
4262
Non vi sorprenderà vedere che se prendo questa calamita circolare,
05:33
in which the magnetic field is the same all around,
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318051
3968
in cui il campo magnetico è uguale tutto intorno,
05:37
the superconductor will be able to freely rotate around the axis of the magnet.
70
322019
5936
il superconduttore sarà in grado di ruotare liberamente sull'asse del magnete.
05:43
Why? Because as long as it rotates, the locking is maintained.
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327955
6024
Perché? Perché finché ruota, il locking viene mantenuto.
05:49
You see? I can adjust and I can rotate the superconductor.
72
333979
6026
Vedete? Posso muovere a piacimento il superconduttore.
05:55
We have frictionless motion. It is still levitating, but can move freely all around.
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340005
6662
È un movimento senza frizione. Sta ancora levitando, ma si può muovere liberamente.
06:02
So, we have quantum locking and we can levitate it on top of this magnet.
74
346667
9280
Quindi abbiamo un locking quantistico e possiamo farlo levitare al di sopra del magnete.
06:11
But how many fluxons, how many magnetic strands are there in a single disk like this?
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355947
6496
Ma quanti flussoni, quante strisce magnetiche ci sono in un singolo disco come questo?
06:18
Well, we can calculate it, and it turns out, quite a lot.
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362443
2881
Possiamo calcolarlo e scoprire che sono parecchie.
06:21
One hundred billion strands of magnetic field inside this three-inch disk.
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365324
7368
100 miliardi di strisce di campo magnetico all'interno di un disco da 8 cm.
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But that's not the amazing part yet, because there is something I haven't told you yet.
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372692
4104
Ma non è la cosa più sconvolgente, perché ancora non vi ho detto una cosa.
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And, yeah, the amazing part is that this superconductor that you see here
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376796
5616
La parte sorprendente è che questo superconduttore che vedete qui
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is only half a micron thick. It's extremely thin.
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382412
7525
è spesso solo un micron. È estremamente sottile.
06:45
And this extremely thin layer is able to levitate more than 70,000 times its own weight.
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389937
9562
E questo strato sottilissimo è in grado di levitare 70 000 volte più del suo peso.
06:55
It's a remarkable effect. It's very strong.
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399499
5833
È un effetto straordinario. È molto resistente.
07:01
Now, I can extend this circular magnet,
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405332
3577
Posso estendere questo magnete circolare,
07:04
and make whatever track I want.
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408909
4781
e fargli fare il percorso che voglio.
07:09
For example, I can make a large circular rail here.
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413690
3929
Per esempio, posso fare un grande binario circolare.
07:13
And when I place the superconducting disk on top of this rail,
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417619
6883
E quando metto il disco superconduttore sul binario
07:20
it moves freely.
87
424502
4109
si muove liberamente.
07:24
(Applause)
88
428611
9381
(Applausi)
07:33
And again, that's not all. I can adjust its position like this, and rotate,
89
437992
4741
Ancora una volta, non è tutto. Posso aggiustare la posizione in questo modo
07:38
and it freely moves in this new position.
90
442733
6441
e farlo ruotare liberamente in questa nuova posizione.
07:45
And I can even try a new thing; let's try it for the first time.
91
449174
4438
Posso anche provare una cosa nuova; proviamola per la prima volta.
07:49
I can take this disk and put it here,
92
453612
5944
Posso prendere questo disco e metterlo qui,
07:55
and while it stays here -- don't move --
93
459556
2984
e mentre è qui -- non ti muovere --
07:58
I will try to rotate the track,
94
462540
6558
cercherò di ruotare il binario,
08:04
and hopefully, if I did it correctly,
95
469098
2299
e con un po' di fortuna, se lo faccio in maniera corretta,
08:07
it stays suspended.
96
471397
2143
rimane sospeso.
08:09
(Applause)
97
473540
9449
(Applausi)
08:18
You see, it's quantum locking, not levitation.
98
482989
6841
Vedete, è il locking quantistico, non è levitazione.
08:25
Now, while I'll let it circulate for a little more,
99
489830
4135
Mentre cercherò di farlo circolare un po',
08:29
let me tell you a little bit about superconductors.
100
493965
3703
vi racconterò qualcosa di più sui superconduttori.
08:33
Now -- (Laughter) --
101
497668
5546
(Risate)
08:39
So we now know that we are able to transfer enormous amount of currents inside superconductors,
102
503214
7023
Ora sappiamo che siamo in grado di trasferire enormi quantità di correnti all'interno dei superconduttori,
08:46
so we can use them to produce strong magnetic fields,
103
510237
5223
possiamo quindi usarle per produrre forti campi magnetici,
08:51
such as needed in MRI machines, particle accelerators and so on.
104
515460
5186
necessari alle apparecchiature per le risonanze magnetiche o agli acceleratori di particelle, e così via.
08:56
But we can also store energy using superconductors,
105
520646
4560
Ma possiamo anche immagazzinare energia usando i superconduttori,
09:01
because we have no dissipation.
106
525206
1889
perché non c'è dissipazione.
09:02
And we could also produce power cables, to transfer enormous amounts of current between power stations.
107
527095
7182
Potremmo anche produrre cavi elettrici per trasferire enormi quantità di corrente tra centrali elettriche.
09:10
Imagine you could back up a single power station with a single superconducting cable.
108
534277
9006
Immaginate di poter sostenere un'intera centrale elettrica con un singolo cavo superconduttore.
09:19
But what is the future of quantum levitation and quantum locking?
109
543283
4476
Ma qual è il futuro della levitazione quantistica e del locking quantistico?
09:23
Well, let me answer this simple question by giving you an example.
110
547759
7139
Risponderò a questa domanda con un semplice esempio.
09:30
Imagine you would have a disk similar to the one I have here in my hand,
111
554898
6413
Immaginate di avere un disco simile a quello che ho qui in mano,
09:37
three-inch diameter, with a single difference.
112
561311
3879
8 centimetri di diametro, con un'unica differenza:
09:41
The superconducting layer, instead of being half a micron thin,
113
565190
5185
lo strato superconduttore, invece di essere di mezzo micron,
09:46
being two millimeters thin, quite thin.
114
570375
3088
sia spesso due millimetri, abbastanza sottile.
09:49
This two-millimeter-thin superconducting layer could hold 1,000 kilograms, a small car, in my hand.
115
573463
10735
Questo strato superconduttore di 2 millimetri potrebbe sostenere 1000 kg, una piccola auto, nella mia mano.
10:00
Amazing. Thank you.
116
584198
3296
Fantastico. Grazie.
10:03
(Applause)
117
587494
15080
(Applausi)
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