Інсбруцькі дослідники відтворили проблему Томсона: точне розташування електричних зарядів на сфері

Дослідження проблеми Томсона

Як повідомляє НВ — Техно: Дослідники з Інсбруцького університету успішно експериментально відтворили проблему Томсона, використовуючи нанокраплі надплинного гелію та золоті наночастинки. В їхньому експерименті було зафіксовано точне розташування електричних зарядів на сфері, а результати дослідження повністю відповідали теоретичним передбаченням. Роботи були опубліковані в науковому журналі Physical Review Letters.

Проблема Томсона була сформульована у 1904 році Джозефом Джоном Томсоном, лауреатом Нобелівської премії. У 1998 році Стівен Смейл включив цю проблему до списку 18 найважливіших математичних задач XXI століття під номером 7. Дослідницька команда під керівництвом Пола Шаєра з кафедри іонної та прикладної фізики Інсбруцького університету провела експеримент, у якому температура нанокрапель надплинного гелію становила -273,15°С. Золоті наночастинки, що використовувалися в дослідженні, складалися приблизно з 700 атомів кожна.

Аналіз експерименту

В експерименті було проаналізовано 25 відбитків, кількість зарядів на одну краплю варіювала від 5 до 36. Радіус більших крапель сягав 1 мікрометра (0,001 міліметра). На цих більших краплях частинки золота утворювали гексагональну ґратку з п’ятикратними дефектами. При просвічувальному електронному мікроскопі гелій миттєво випаровувався, залишаючи золотий відбиток конфігурації зарядів. Золото приєднувалося до центрів зарядів, утворюючи однозарядні наночастинки, а заряджання крапель відбувалося за допомогою електронного пучка.

Задача Томсона стосується розташування однакових електричних зарядів на сферичній поверхні з мінімальним рівнем взаємного відштовхування. У планах подальших досліджень зазначено зниження швидкості руху крапель для уникнення спотворень за великих зарядів. Також передбачається дослідження впорядкування зарядів на складніших викривлених поверхнях через несферичні форми крапель під час обертання.

Результати цього дослідження можуть мати значний вплив на область фізики та нанотехнологій, оскільки вони підтверджують теоретичні моделі розташування електричних зарядів. Це відкриття може бути використане для подальших експериментів у сфері матеріалознавства, створення нових матеріалів з заданими електричними властивостями та в інших прикладних науках. Наступні дослідження можуть також розширити наше розуміння взаємодії зарядів на складніших структурах, що може мати практичне застосування у створенні нових технологій в електроніці та енергетиці.