科學家研發出能對靜態磁場隱形的斗篷

 

磁感線沒有進入這種新型隱形斗篷中,從外界看起來好像徑直穿過去一樣

物理學家已經揭示出了很多類型的隱形斗篷(invisibility cloaks),包括能使物體對光線、聲波、地震波甚至水波隱身的隱形斗篷。現在,他們又報道出一種能對靜態磁場隱形的新型斗篷,并且制作這種類型斗篷的材料在世界各地的物理實驗室都可以容易得到,這意味著從原則上來講,這是第一種能進行實際生產的隱形斗篷。這種斗篷可以在醫學領域有很大應用,但也可能顛覆機場的安檢設施。

由來自巴塞羅那自治大學的阿爾瓦羅·桑切斯(Alvaro Sanchez)領導的理論物理學家小組和斯洛伐克科學院的實驗物理學家們為我們展現了該隱形斗篷的工作原理。

斗篷的內表面是用“高溫超導條帶”排列而成的,由于超導體能夠排斥磁場,因此任何有磁場的東西被超導體包圍起來以后,從外面是無法被探測到的,但是超導體本身仍然能干擾外界磁場從而能被探測到,因此科學家們在它的外表面包裹上了一層普通的鐵磁體物質(家庭冰箱門上的磁鐵就是由這種物質做成的)。超導體試圖向外排斥外界磁場,而鐵磁體物質試圖向內吸引外界磁場,這樣從總體上來講,這兩個材料層對磁場的響應正好相互抵消掉。

為了測試它的性能,斯洛伐克的實驗物理小組利用液氮對斗篷材料進行冷卻來激活其超導性,然后把它放入到靜態、均勻的磁感應強度為40微特斯拉的磁場中。隨后用霍爾探頭(Hall probe)來探測磁場的形態,科學家發現:磁感線沒有進入斗篷中,從外界看起來好像徑直穿過去一樣,他們稱他們的這種斗篷才是“真正”意義上的隱形斗篷(因為這是第一種能用現有材料制作的完美斗篷)

在2008年,物理學家約翰·彭德魯(John Pendry)和其它人第一次向人們展示了能對靜態磁場隱身的隱形斗篷,這種斗篷與其它種類的隱形斗篷相比其簡單性在于:它只要求材料的磁導率發生變化,而對介電常數沒有要求。

但這種設計仍然有一個復雜的方面:要求磁導率必須各向異性(在不同的方向上有不同的值)。而阿爾瓦羅·桑切斯及其同事最新設計的這種隱形斗篷要更簡單的多,它的磁導率是各向同性的(在不同的方向上有相同的值)

約翰·彭德魯稱這項新工作在隱形斗篷的研究過程中是具有開創性意義的。他說:“雖然最終的測定結果表明這也還不是一件十分完美的斗篷,但是它令人信服的表明基本概念是可行的!并且毫無疑問在經過改進生產工藝以后會大幅提高它的性能。”

阿爾瓦羅·桑切斯指出這種磁場隱形斗篷是非常容易制造的:它只需要現成的材料以及大約花費1000歐元(1300美元)左右,這在研究項目當中是一筆非常小的開支。他相信這種斗篷能夠首先用在醫學當中,可以用來保護精巧的心臟起搏器不受核磁共振成像儀中強磁場的干擾。同時他也承認會有不好方面的應用,他說道:“該項技術可以被用來在安檢口岸隱藏金屬質地武器,但我更加喜歡朝問題的另一面想——我們的創意也能夠幫助相關部門設計更加安全的檢查程序。”

在一總部設在倫敦的咨詢公司(Dextera Globa)工作的邊境安全顧問理查德·湯賽特(Richard Tomsett)指出:在機場安檢中還有其它的檢查手段,例如X-射線檢查機和嗅探犬等都無法被瞞天過海。但是他認為相關部門仍要保持與科學技術的發展與時俱進。他說:“這種隱形斗篷向安全機構提出了一個運作上的挑戰,這要求他們必須積極響應科學家以及技術制造商來應對這種潛在的威脅。”