Ученые придумали способ создавать и уничтожать магнитные поля издалека.

Этот метод включает пропускание электрического тока через специальное расположение проводов для создания магнитного поля, которое выглядит так, как будто оно исходит от другого источника. У этой иллюзии есть реальные применения: представьте себе лекарство от рака, которое может быть доставлено прямо в опухоль глубоко в теле с помощью капсул, сделанных из магнитных наночастиц. Невозможно воткнуть магнит в опухоль, чтобы направлять наночастицы в путь, но если бы вы могли создать магнитное поле извне тела, которое сосредоточено прямо на опухоли, вы могли бы доставить лекарство без инвазивной процедуры.

Сила магнитного поля уменьшается с расстоянием от магнита, и доказанная в 1842 г. теорема Ирншоу гласит, что невозможно создать точку максимальной напряженности магнитного поля в пустом пространстве.

«Если у вас не может быть максимумов магнитного поля в пустом пространстве, это означает, что вы не можете создать поле магнитного источника удаленно, не поместив фактический [magnetic] источник в целевом местоположении \", - сказала Роза Мах-Батль, физик из итальянского технологического центра биомолекулярных нанотехнологий в Италии, которая возглавила новое исследование.

Делаем гипотетическое реальным

Однако Мах-Батль и ее коллеги думали, что им удастся обойти эту проблему. Они были вдохновлены работой в области оптики, в которой используются специально разработанные материалы, известные как метаматериалы (обладающие свойствами, не присущими никаким природным материалам), чтобы обойти ограничения на разрешение, устанавливаемые длиной волны света. Точно так же, думали они, гипотетические магнитные материалы могут сделать невозможное в мире магнитных полей.

Исследователи представили материал с магнитной проницаемостью отрицательной 1. Магнитная проницаемость материала показывает, насколько этот материал увеличивает или уменьшает магнитное поле при воздействии этого поля. В материале с магнитной проницаемостью отрицательной 1 направление магнетизма, индуцируемого внутри материала, будет противоположно направлению начального магнитного поля.

Конечно, новый метод создания магнитных полей, основанный на несуществующих материалах, не был бы особенно полезным. Но даже если этого гипотетического материала с отрицательной проницаемостью не существует, физики могут создать своего рода временный «материал» из электрического тока, проходящего через определенное расположение проводов. Это потому, что ток индуцирует магнетизм и наоборот, следствие уравнений электромагнетизма Максвелла.

«В конце концов, мы не используем какой-либо материал, мы используем точное расположение токов, которое можно рассматривать как активный метаматериал», - сказал Мах-Батлле Live Science.

Чтобы создать поле на расстоянии, Мах-Батль и ее команда создали полый цилиндр, состоящий примерно из 20 проводов, окружающих один длинный внутренний провод. Когда ток проходит по этим проводам, он создает магнитное поле, которое выглядит так, как если бы длинный внутренний провод находился снаружи устройства. Это электромагнитный эквивалент голоса чревовещателя; источник поля на самом деле не находится вне устройства, но само поле неотличимо от поля, которое возникло бы, если бы источник находился вне устройства.

«Мы создаем иллюзию наличия этого источника на расстоянии», - сказал Мах-Батль. Исследователи опубликовали свои выводы 23 октября в журнале. Письма с физическими проверками

Биомедицинские приложения

По-прежнему возникают вопросы о том, насколько хорошо этот метод будет работать в реальных приложениях. Одна из особенностей системы состоит в том, что между проволочным цилиндром и удаленным полем существует область очень сильных магнитных полей. По словам Маха-Батля, эта область может помешать некоторым приложениям исследования, хотя будет ли это проблематично или нет, вероятно, зависит от того, что вы пытаетесь сделать с полем.

Возможные применения помимо доставки лекарств включают подавление магнитных полей издалека, метод, который может быть полезен в квантовых вычислениях для уменьшения «шума» от внешних полей, которые могут мешать измерениям. Еще одно применение может заключаться в улучшении транскраниальной магнитной стимуляции, при которой используются магниты для стимуляции нейронов мозга для лечения депрессии. Возможность управлять магнитными полями на расстоянии может улучшить нацеливание транскраниальной магнитной стимуляции, чтобы врачи могли лучше сосредоточиться на определенных областях человеческого мозга.

Затем исследователи надеются создать такую ​​конфигурацию проводов, которая позволит создавать трехмерные магнитные поля издалека.

Источник

Физики могут сделать невозможное: создавать и уничтожать магнитные поля издалека.