Der er et øjeblik i enhver film eller tegnefilm med en gal videnskabsmand, hvor de trykker på en kontakt eller blander to kemikalier, og bang, deres laboratorium eksploderer og røg strømmer ud af vinduer og døre. I virkeligheden, i det mindste i den moderne tidsalder, er laboratorieeksplosioner ikke tilladt. Men et nyligt eksperiment med elektromagnetisme i Tokyo producerede det stærkeste kontrollerede magnetfelt, der nogensinde er blevet skabt, rapporterer Samuel K. Moore på IEEE Spectrum, og det var kraftigt nok til at sprænge laboratoriets sprængningsdøre op.
Det store brag kom, da forskere fra Tokyos universitet pumpede 3,2 megajoule elektricitet ind i en specielt designet spole for at producere et massivt magnetfelt. Mens forskerne håbede, at feltet ville nå op på 700 teslas, den enhed, der bruges til at måle magnetisk fluxtæthed eller uformelt, magnetisk feltstyrke. I stedet nåede feltet op på 1.200 teslas. Det er ca. 400 gange stærkere end den kraftigste MRI-maskine, som producerer tre teslas. Den resulterende eksplosion bøjede det jernskab, som apparatet var indkapslet i, op og sprængte metaldørene op.
“Jeg designede jernkabinettet til at kunne modstå omkring 700 T”, fortæller fysiker Shojiro Takeyama, seniorforfatter af undersøgelsen i tidsskriftet Review of Scientific Instruments, til Moore. “Jeg havde ikke forventet, at det ville være så højt. Næste gang vil jeg gøre det stærkere.”
Glædeligt nok var forskerne selv gemt væk i et kontrolrum, beskyttet mod eksplosionen.
Så, hvad lavede Takeyama og hans kolleger med at udsende massive magnetiske bomme midt i Tokyo? Rafi Letzer på LiveScience forklarer, at forskere i flere årtier har forsøgt at skabe stadig større kontrollerede magnetfelter. Takeyama har forsøgt at slå 1.000 tesla-niveauet i de sidste 20 år og nåede målet med denne nye enhed.
I det væsentlige er elektromagneten en række rør, der består af en spole med en indre kobberspole i den. Når massive mængder elektricitet føres gennem spolerne, kollapser den indre spole ind i sig selv med en hastighed på Mach 15, hvilket svarer til over 3 miles i sekundet. Magnetfeltet i spolen komprimeres tættere og tættere, indtil det når utroligt høje niveauer. Så, på en brøkdel af et sekund, kollapser det hele, hvilket resulterer i eksplosionen. Med lidt mere teknik og nogle stærkere døre mener holdet, at de kan presse deres anordning op til 1.800 teslas.
Dette var ikke det største magnetfelt, der nogensinde er blevet genereret af mennesker. Nogle superstærke felter produceres af lasere, men de er så små og kortvarige, at de er vanskelige at studere eller bruge. Takeyama fortæller Letzer, at amerikanske og russiske forskere historisk set har foretaget nogle storstilede udendørs forsøg med højeksplosive stoffer pakket rundt om magnetspoler, der producerede felter på op til 2.800 teslas. Men også disse er ufuldkomne.
“De kan ikke udføre disse eksperimenter i indendørs laboratorier, så de udfører normalt alt i det fri, f.eks. i Sibirien på en mark eller et eller andet sted i et meget stort område i Los Alamos ,” siger han. “Og de forsøger at foretage en videnskabelig måling, men på grund af disse forhold er det meget svært at foretage præcise målinger.”
Teamets værktøj kan dog bruges i kontrollerede laboratorieforhold og producerer et relativt stort felt, lidt mindre end en nanometer, hvilket er stort nok til at lave noget rigtig videnskab. Ifølge en pressemeddelelse er målet at producere et kontrolleret magnetfelt, der kan bruges af fysikere. Håbet er, at feltet kan kontrolleres godt nok til, at materialer kan placeres inden for det lille felt, så forskerne kan bringe elektronerne til deres “kvantegrænse”, hvor partiklerne alle er i deres grundtilstand, hvilket afslører egenskaber, som forskerne endnu ikke har opdaget. I så fald er det bedre at være større.
“Generelt bliver opløsningen af målingerne bedre og bedre, jo højere feltet er,” siger Takeyama til Moore på IEEE.
Den anden mulige anvendelse – når de først har fået eksplosionerne ud af systemet – er brug i fusionsreaktorer, en type energiproducerende anordning, hvor plasmaet holdes stabilt ved hjælp af et stærkt magnetfelt, mens dets brint smelter, hvilket skaber en reaktion, der ligner solens, og producerer næsten ubegrænset ren energi. Ifølge meddelelsen mener forskerne, at de skal være i stand til at kontrollere et magnetfelt på 1.000 tesla for at kunne producere vedvarende kernefusion.