Новости науки

Последняя калибровка LUX (Large Underground Xenon Detector) – установки для поиска темной материи – позволила увеличить чувствительность детектора более чем в 10 раз, подтвердив тем самым результаты, о которых было объявлено в октябре прошлого года после первого 90-дневного запуска инструмента. Если бы частицы малой массы, так называемые «WIMP», прошли через детектор, что LUX непременно бы их зафиксировал.

Новая высокоточная калибровка Large Underground Xenon демонстрирует чувствительность эксперимента к ультранизким энергетическим событиям. Новый анализ подтверждает выводы, согласно которым частицы темной энергии не удалось выявить во время 3-х месячного эксперимента, завершившегося прошлым летом.

В октябре минувшего года были объявлены первые результаты поисков темной материи датчиком LUX. Датчик, несмотря на то, что оказался чрезвычайно чувствительным, не нашёл доказательств существования частиц темной материи во время его первого 90-дневного «пробега», исключив тем самым довольно широкий спектр возможных моделей частиц темной материи. В ходе предыдущих экспериментов были обнаружены потенциальные «следы» частиц темной материи, характеризующихся чрезвычайно низкой массой, однако LUX не удалось обнаружить эти «подписи». Последняя работа была сосредоточена на демонстрации высокой чувствительности LUX к потенциальным сигналам во время писков таких частиц.

По словам Rick Gaitskell, физика из Университета Брауна и соисследователя LUX, недавняя калибровка позволила улучшить точность градирования примерно в 10 раз. Он отметает, что вероятность ошибки в первых результатах поиска частиц темной материи установкой исключена.

Результаты нового анализа были представлены 19 февраля 2014 года в Lake Louise Winter Institute (Канада) аспирантом James Verbus, проводившим калибровку.

По предположениям учёных темной материей представлено порядка 80% массыВселенной. Хотя по сей день учёным не удалась её обнаружить, большинство физиков полностью уверенны в её существовании. Без гравитационного воздействия темной материи галактики и галактические скопления хаотично «летали» в необъятных просторах Вселенной. Пока не ясно, что именно из себя представляет темная материя, но согласно основной идеи, она состоит из субатомных частиц, так называемых «вимпов» — weakly interacting massive particles (WIMP). Предполагается, что вимпы присущи практически всей Вселенной, но почему они так редко взаимодействуют с другими формами материи и весьма нечасто проходят мимо Земли, учёным ещё предстоит узнать.

LUX разработан для того, чтобы обнаруживав те редкие случаи, когда вимпы взаимодействуют с другими формами материи. Установка представляет собой бак, в котором содержится порядка трёх тонн охлаждённого до жидкого состояния ксенона, оснащённый светочувствительными датчиками, каждый из которых способен обнаруживать один фотон за раз. Предполагается, что когда вимпы проходят сквозь бак, они в крайне редких случаях, способны соударяться с ядрами атомов ксенона. Такие удары приводят ядра в движение, в результате чего создается крошечная вспышка света и заряд иона, оба из которых, предположительно, должны фиксироваться светочувствительными датчиками.

Установка находится на глубине порядка 1,5 км, недалеко от Sanford Underground Research Facility в Южной Дакоте, где бак максимально ограждён от космических лучей и радиации, которая могла бы помешать фиксации сигнала от темной материи.

Последняя калибровка LUX кардинально отличалась от проводившихся ранее. Она проводилась непосредственно внутри установки. В предыдущие разы нейтронные калибровки выполнялись в отдельных испытательных капсулах, а не в самой установке.

LUX продолжит поиски вимпов уже в нынешнем году, когда начнётся годовой «пробег».

Источник

С помощью телескопа, установленного в самом сухом месте на Земле, - в Антарктике, - ученые смогли обнаружить гигантское газовое облако, которое, судя по всему, находится на ранней стадии формирования.

Гигантские молекулярные облака (межзвездные облака, плотность и размер которых позволяют формироваться молекулам) играют ключевую роль в эволюции спиральной галактики. Они являются конечным этапом "сбора" в молекулярную форму рассеянного в межзвездном пространстве газа, часть которого осталась от предыдущих поколений звезд. В таких молекулярных облаках формируются новые звезды. Как такие облака образуются в нашей Галактике, ученые пока не знают.

Это газовое облако имеет форму очень длинной трубки, длина которой около 200 световых лет, а ширина десять световых лет, масса приблизительно в 50 000 раз больше массы Солнца. Оно находится на ранней стадии формирования, звезды в нем еще не «включились». 

Результаты этого открытия опубликованы в The Astrophysical Journal.

Новое открытие удалось сделать с помощью телескопа HEAT (High Elevation Antarctic Terahertz) автоматической обсерватории PLATO-R в Антарктиде. Этот телескоп способен "видеть" углерод в газовых облаках.

Обсерватория находится в самом холодном и сухом месте на нашей планете, так называемом «Гребне А», на высоте 4000 метров. 

Эту точку астрономы считают лучшим местом для астрономических наблюдений на Земле из-за особых атмосферных условий, в частности, очень низкой влажности. Газовое облако является первым результатом работы этой обсерватории, сооруженной в 2012 году

Так же в данном исследовании ученые использовали телескоп Mopra возле города Кунабарабран (Австралия) и телескопы Parkes и ATCA в Австралии для регистрации угарного газа и водорода.

Источник

Ученые обнаружили доказательство того, что вокруг крохотной звезды PSR J0738-4042 находятся астероиды. 

PSR J0738-4042 находится в 37 000 световых лет от Земли в созвездии Кормы.

В окружении этой звезды очень высок уровень радиации и сильны звездные ветры. 

"Если здесь может сформироваться большой каменистый объект, значит, планеты могут формироваться вокруг любых звезд", - считают авторы открытия. Эта звезда является пульсаром, который излучает радио-волны.

По мере вращения звезды, пучок ее электромагнитного излучения снова и снова попадает на Землю, с точностью будильника. В 2008 году ученые смоделировали ситуацию, в которой притянутый астероид оказывал бы влияние на звезду. Согласно модели, он должен замедлить скорость вращения пульсара и форму пучков электромагнитного излучения. Именно это ученые и наблюдают в данном случае. 

По их мнению, пучок электромагнитного излучения пульсара бьет по астероиду, из-за чего тот испаряется. Однако, превратившиеся в пар частицы электрически заряжены и могут слегка изменить процесс, в результате которого создается излучение пульсара. 

Исследователи считают, что астероиды вокруг пульсара могут быть осколками взорвавшейся звезды, из которой образовался сам пульсар. 

Вещество, отброшенное взрывом, могло вновь упасть к формирующемуся пульсару, образуя диск осколков. 

Именно в этом диске и могли находиться «семена», из которых «выросли» астероиды большего размера. Так считает Пол Брук (Paul Brook), ученый, который проводил исследование PSR J0738-4042.

В 1992 году два объекта, похожих на планеты, были обнаружены вокруг пульсара PSR 1257+12. Однако, возможно, эти объекты сформировались другим способом. 

Источник

В среду немецкие ученые заявили, что им удалось сделать наиболее точное на сегодняшний день измерение массы электрона, одного из важнейших «кирпичиков» материи. Это свершение поможет физикам еще лучше уточнить параметры Стандартной модели – наиболее признанной общей теории частиц  и сил, составляющих Вселенную.

Электроны – это частицы, обладающие отрицательным электрическим зарядом, вращающиеся по орбите атомного ядра. Открыл их в 1897 году британец Дж. Томсон, и назвал «корпускулами»; новое название было присвоено в связи с электрическими свойствами частицы.

Коллектив ученых во главе со Свеном Стурмом (Sven Sturm) из Института ядерной физики им. Макса Планка (Гейдельберг) «взвесил» электроны с помощью т.н. ловушки Пеннинга – устройство, которое запасает заряженные частицы с помощью комбинации магнитных и электрических полей.

Они измерили один электрон, связанный с ядром атома углерода, масса которого была известна заранее.

Вес электрона составил 0.000548579909067 единиц атомной массы – стандартной единицы измерения для элементарной частиц. Ученые учли все статистические и экспериментальные неточности.

Новый эксперимент в 13 раз повысил точность измерения (по сравнению с предыдущими расчетами).

Исследование представлено в журнале Nature.

Источник

В статье, опубликованной на этой неделе в журнале Physical Review Letters, исследователи из Массачусетского технологического института предлагают эксперимент, который может закрыть последнюю крупную «лазейку» неравенства Белла – пятидесятилетней теоремы, согласно которой нашаВселенная базируется не на книжных законах классической физики, а на менее материальных вероятностях квантовой механики.

Такое квантовое представление позволило бы объяснить такое, на вид парадоксальное, явление, как «запутанность», согласно которому изменение одной частицы мгновенно влияет на другую, даже если те расположены в противоположных концах Вселенной. Между прочим, «запутанность» — квантовая особенность, скептическая названная Альбертом Эйнштейном «похожим на привидение, действием на расстоянии» — наводит на мысль, что такие частицы могут влиять друг на друга практически мгновенно, быстрее, нежели скорость света.

В 1964 году физик Джон Белл, рассмотрев это несоответствие между классической физикой и квантовой механикой, заявил, что если Вселенная основана на классической физике, то измерение одной «запутанной» частицы не должно повлиять на измерение другой. Так появилась теория, согласно которой, есть предел тому, где может происходить корреляция двух частиц. Белл разработал математическую формулу для этой теории, и представил возможные «сценарии», которые могли бы нарушить эту формулу

С тех пор, физики не раз проверили теорему Белла, измеряя свойства «запутанных» частиц в лабораторных условиях. По существу, все эти эксперименты показали, что свойства квантовой частицы, обнаруженные при измерении, могут вообще не существовать до измерения — факт в поддержку квантовой механики.

Тем не менее, учёные также обнаружили несколько «лазеек» в теореме Белла. Они предполагают, что в то время как результаты таких экспериментов могут, на первый взгляд, поддерживать прогнозы квантовой механики, они также могут фактически отражать неизвестные «скрытые переменные», которые дают иллюзию квантового результата, но все еще могут быть объяснены в классических терминах.

На сегодняшний день экспериментаторам удалось закрыть «лазейки» для локального реализма и свободы выбора во всех системах координат.

Kaiser вместе с Andrew Friedman и Jason Gallicchio из University of Chicago предложили эксперимент по закрытию ещё одной «лазейки», посредством определения параметров детектора частиц, используя для этого одни из старейших источников света во Вселенной: далекие квазары или галактические ядра, сформировавшиеся миллиарды лет назад.

Идея, по сути, заключается в том, что если бы два квазары на противоположных сторонах неба находился на достаточном расстоянии друг от друга, то между ними с момента Большого Взрыва установилась причинно-следственная связь — идеальный сценарий для определения параметров каждого детектора частицы.

Kaiser объясняет, что для проведения такого эксперимента необходима лабораторная установка, которая бы состояла из генератора частиц, например, радиоактивного атома, формирующего пары «запутанных» частиц. Один датчик измерял бы свойства частицы А, а второй — частицы В. Спустя доли секунд после генерации частиц, но перед установкой датчиков, учёные использовали бы телескопические наблюдения за отдельными квазарами, чтобы определить, какие свойства каждый датчик измерит для соответствующей частицы.

Теперь, когда исследователи выдвинули экспериментальный подход, они надеются, что их коллегам проведут реальные эксперименты, используя наблюдения далеких квазаров.

Источник

Согласно новой радикальной теории, черные дыры во Вселенной могут содержать в себе развитие цивилизации, подобные человечеству. Об этом утверждает Никодем Поплавский, физик-теоретик из университета Нью-Хэвена.

Согласно гипотезе ученого, человечество живет в собственной черной дыре, из которой оно выхода никогда не найдет. Если наша Земля попадет в черную дыру в центре Млечного Пути, то наши частицы окажутся по другую сторону Вселенной.

Напомним, что черные дыры – это сгусток антиматерии, который втягивает в себя все окружающее пространство. Плотность черной дыры гигантски огромна. Покинуть черную дыру не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, настолько там сильна гравитация.

Источник

На новом снимке обсерватории La Silla в Чили показано яркое звездное скопление Messier 7. Его легко заметить и невооруженным глазом, оно находится рядом с хвостом созвездия Скорпион, это одно из самых выдающихся открытых скоплений звезд в небе, что делает его интересным объектом изучения для астрономов. 

Messier 7, так же известное как NGC 6475, - это сияющий кластер из приблизительно 100 звезд, расположенный на расстоянии около 800 световых лет от Земли. На этом новом снимке широкоугольной камеры, установленной на 2,2-метровом телескопе MPG/ESO, скопление выделяется на фоне тысяч более бледных звезд, в направлении к центру Млечного Пути. 

Возраст Messier около 200 миллионов лет, его протяженность приблизительно 25 световых лет. По мере старения самые яркие звезды на этом снимке, - а это около одной десятой от общего числа звезд в скоплении, - будут заканчивать свою жизнь взрывами сверхновых. Оставшиеся бледные звезды, гораздо более многочисленные, будут медленно отдаляться друг от друга, пока в конечном итоги не перестанут быть «скоплением». 

Открытые звездные кластеры, такие, как Messier 7, - это группы звезд, которые были рождены почти в одно и то же время в одном месте, из больших космических облаков газа и пыли. Эти группы звезд очень интересны ученым, потому что звезды в них приблизительно одного возраста и химического состава. Это делает их просто бесценными для изучения звездной структуры и эволюции. 

Интересная деталь этого снимка: несмотря на то, что на фоне очень много близко расположенных друг к другу звезд, он не однороден и на нем заметно много пыли. Скорее всего, это – случайное выравнивание кластера и пыльных облаков. Хотя, есть предположение, что эти темные лоскуты – остатки облака, из которого сформировался кластер. 

Источник

Астрономы смогли увидеть громадные облака газа, вращающиеся по орбите вокруг сверхмассивных черных дыр в центрах галактик. Раньше считалось, что поглощаемое вещество образует относительно равномерное, похожее на туман кольцо. На самом деле, оно формирует скопления, достаточно плотные для того, чтобы периодически затуманивать интенсивное излучение, которое исходит от этих громадных объектов, когда они накапливают и поглощают материю. Этот труд будет опубликован в издании Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Существование таких облаков доказывают данные, которые в течение более 16 лет собирал спутник NASA - Rossi X-ray Timing Explorer, который вращается на низкой околоземной орбите, оснащенный приборами, которые измеряли изменения источников рентген-излучения. Эти источники - активные ядра галактик, ярко светящиеся объекты, которые получают свою энергию от сверхмассивных черных дыр, когда те собирают и уплотняют громадные количества пыли и газа. 

Просмотрев данные о 55 активных ядрах галактик, астрофизик университета Калифорнии Алекс Марковитц (Alex Markowitz) и его коллеги обнаружили множество примеров «заглушения» рентген-сигнала время от времени, на периоды от нескольких часов до нескольких лет, в основном тогда, когда облако плотного газа проходило между источником излучения и спутником. 

Соавторами доклада были Мирко Крумпе (Mirko Krumpe) из Европейской Южной Обсерватории в Гарчинге, Германия и Роберт Никутта (Robert Nikutta), из университета Андрес Белло в Сантьяго, Чили. 

Облака, за которыми они наблюдали, вращаются по орбитам на расстоянии от нескольких световых недель до нескольких световых лет от центра активного галактического ядра. Одно из них, в спиральной галактике NGC 3783, которая находится недалеко от созвездия Центавра, похоже, сейчас находится на полпути к тому, чтобы быть разорванным на части приливными силами.

Источник

Электрон впервые был открыт в 1897 году Джозефом Джоном Томсоном (J. J. Thomson) − британским исследователем, который изначально окрестил частицу "корпускулом". Современное название связано с тем, что электроны при потоковом движении образуют электрический ток.

Эти отрицательно заряженные частицы являются составляющими материи и обращаются вокруг ядра любого атома. Они обладают массой, пускай и очень небольшой. Эксперименты по измерению массы электроны проводятся не одно десятилетие, и теперь физики из Германии представляют рекордно точные данные об этом параметре.

Команда исследователей во главе с Сфеном Штурмом (Sven Sturm) из Института ядерной физики общества Макса Планка в Гейдельберге "взвесила" электроны при помощи устройства, называемогоЛовушкой Пеннинга.

Ловушка использует однородное статическое магнитное поле и неоднородное электрическое поле для поимки и "хранения" заряженных частиц. Это устройство часто используется для измерения различных свойств частиц и для дальнейшего их использования, но только если они, конечно же, обладают хоть каким-то электрическим зарядом.

Электрон, массу которого физики стремились измерить, обращался вокруг ядра атома углерода, и масса последнего хорошо была известна учёным. Атом колебался внутри ловушки с определённой стабильной частотой. Через какое-то время атом "расстреляли" с помощью микроволн, в результате чего спин электрона начал изменяться. Сравнивая частоту движений атома с частотой микроколебаний спина, учёные применили уравнения квантовой электродинамики для получения данных о массе электрона по сравнению с массой протона.

Как рассказывается в пресс-релизе, расчёты показали, что электрон обладает 0,000548579909067атомных единиц массы. Эти данные оказались в 13 раз точнее, чем предыдущие результаты прямых измерений массы электрона. (В этот раз использовался косвенный метод, что неожиданно привело к верным и точным показателям.)

"Этот результат закладывает основу для будущих фундаментальных физических экспериментов и проверок точности Стандартной модели", — заявляет Штурм в аннотации к статье, опубликованной в журнале Nature.

Источник

Квантовая физика любит холод. В частности, макроскопические квантовые явления, вроде сверхпроводимости, сверхтекучести и конденсата Бозе-Эйнштейна встречаются только при достаточно низких температурах. В настоящее время методы охлаждения могут достигать температуры в несколько нанокельвинов, достижение еще более низких температур на Земле связано с определенными трудностями из-за необходимости охлаждать материю под действием земного притяжения. Лаборатория охлаждения атомов NASA появится на МКС в 2016 году, что позволит создать температуру примерно в три раза меньше самой низкой из всех, воссозданных доселе.

Пролить свет на природу квантовой материи (формы материи, в которых макроскопические свойства продиктованы квантовой механикой) — это одна из основных тем за последние полвека в физике, которая собрала девять Нобелевских премий. Примеры: сверхпроводимость, сверхтекучесть, дробный квантовый эффект Холла и конденсаты Бозе-Эйнштейна.

Предположительно новые и неожиданные квантовые эффекты должны быть открыты при более холодных температурах. В частности, эксперименты на спокойном фоне должны предоставить данные о крошечных эффектах, не омраченных тепловым шумом. Ключи к природе пространства и времени, квантовой запутанности, принципу эквивалентности и другим вопросам могут быть скрыты именно в холоде.

Диапазон новых применений достаточно широк, к примеру, потенциальные квантовые датчики на основе атомной интерферометрии длины волны, в которых волновая природа атомов настолько усилена низкими температурами, что они интерферируют между собой.

Как понимать холодную температуру? По температурной шкале Кельвина, нулевая температура — это абсолютный ноль, при котором все классическое движение останавливается. Изменение температуры связывается с одним градусом Кельвина, который равен одному градусу Цельсия.

На пути к сверххолодным температурам есть свои маркеры. У сухого льда температура 195 К, жидкий азот кипит при 77 К, а гелий становится жидким при 4,2 К. Реликтовый микроволновый фон Вселенной отвечает 2,725 К, а в самом холодном месте, известном во Вселенной, в туманности Бумеранга температура в 1 К.

Маркеры хороши, но материя при температуре в 1 пикокельвин в триллион раз холоднее, чем туманность Бумеранга. Огромный скачок, который позволяет ощутить по-настоящему сильный мороз. Как вариант — можно взглянуть на длину волны де Бройля (в примерном квантовом размере) атомы в холодном газе.

При комнатной температуре атом среднего веса имеет длину волны около 0,02 нм, что примерно в 10 раз меньше, чем физический размер атома. Расхождение в размерах объясняет, почему атомные газы вообще не демонстрируют квантовую природу при комнатных температурах. При температуре в 1 К длина волны около 0,3 нм, куда больше, чем разделение атомов в жидкости, и можно наблюдать квантово-механический сверхтекучий гелий, который появляется примерно при такой температуре.

При пикокельвине длина волны составляет примерно 0,3 мм, размером со среднюю песчинку, и значительно больше классического размера атома. Когда квантовые волны отдельных атомов в газе накладываются друг на друга, в системе начинают доминировать квантовые эффекты; в случае атомного газа из бозонов, вы получите конденсат Бозе-Эйнштейна.

Источник

Ученые заявляют, что во вторник, возможно, произошло падение метеорита. Именно этим они объясняют так называемый «взрыв» в сельской местности в Аргентине, в 350 километрах от Буэнос-Айреса. 

Сообщение о громком взрыве поступило около 10 утра по местному времени (в 17:00 по московскому времени) в центральной восточной провинции Аргентины – Санта Фе. 

«Возможно, это был метеорит», - заявил Андреа Клерици (Andrea Clerici), сотрудник планетария Буэнос-Айреса, во время беседы с тележурналистами. 

Уполномоченным органам пока еще не удалось обнаружить никаких фрагментов метеорита, однако, астроном Хорхе Когхлан (Jorge Coghlan), из Астрономической Обсерватории Санта Фе (Santa Fe Astronomical Observatory) в радио-интервью высказал предположение, что «вполне возможно, небесное тело взорвалось прямо в небе». 

Очевидцы утверждают, что шум взрыва был слышен на расстоянии 40 километров от места происшествия, чувствовалось, как дрожит земля и здания. Кроме того, в небе была видна яркая вспышка. 

Местная служба гражданской обороны отмечает, что жертв и пострадавших нет.

Источник

Американские геологи, в число которых входили специалисты из университета Брауна, составили подробную карту спутника Юпитера - Ганимеда. Карта была выложена в открытый доступ на сайте Геологической службы США.

Ганимед, с его разнообразным ландшафтом и возможно, океанами под поверхностью, считается одним из самых многообещающих объектов для поисков подходящего для жизни окружения в Солнечной Системе, и ученые надеются, что эта новая карта сможет помочь во время будущих исследований. На то, чтобы завершить работу, потребовалось несколько лет. 

Карта была составлена на основе данных, собранных аппаратами Voyager («Вояджер»)

и Galileo («Галилео»). В сообщении говорится, что это «самое полное на данный момент представление знаний о геологии Ганимеда, которым мы располагаем на данный момент».

Voyager был первым космическим аппаратом, который пролетел через систему спутников Юпитера, мимо ледяной поверхности Ганимеда в 1979 году. Первые снимки аппарата показали нам сложную поверхность, разделенную на светлые и темные сегменты. В 1995 году на орбиту Юпитера был выведен аппарат Galileo, благодаря которому удалось получить снимки поверхности высокого разрешения. Эти снимки помогли разобраться во многих особенностях, которые были замечены еще на Voyager, однако более низкое разрешение затрудняло исследования.

Исследователи заявляют, что, благодаря новой карте, в истории Ганимеда можно выделить три периода. Первый обусловлен доминированием кратеров, второй связан с тектонической активностью, а третий (в этом периоде спутник находтся в настоящее время) связан со снижением количества поступающего из недр тепла и новыми кратерами.

Ганимед был открыт Галилеем в 1610 году и считается крупнейшей луной в Солнечной Системе. Радиус спутника – приблизительно 40% земного. Он состоит преимущественно из камней и льда. На глубине около 200 километров подо льдом существует океан жидкой воды. Источником тепла для поддержания тектонической активности внутри спутника служат приливные силы.

Источник

Ученые Эрик Э. Джонсон — адъюнкт-профессор права, Университет Северной Дакоты и Майкл Барам — почетный профессор Бостонского университета, высказали опасения, что амбициозный эксперимент с использованием супер-заряженного ионного коллайдера может случайно уничтожить планету Земля.

Как пишет MailOnline,RHIC — один из самых мощных в мире ускорителей частиц, способен нагревать частицы до четырех триллионов градусов Цельсия, снова стал центром внимания после того, как эксперты предупредили о возможности генерирования микро черных дыр или «странной материи». Ученые говорят, что в ходе экспериментов могут быть случайно созданы субатомные частицы называемые «стрейнджлетами», которые могут уничтожить Землю. Эти частицы имеют потенциал, чтобы начать цепную реакцию и изменить все в «странную материю», которая может превратить Землю в «инертную гиперплотную сферу около ста метров в диаметре».

RHIC — второй самый мощный в мире ускоритель элементарных частиц после Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе (LHC) — собираются обновить, чтобы повысить его силу и подтолкнуть эксперименты в неизведанные направления.

Президент Барак Обама подписал закон, который предусматривает создание авторитетной комиссии для оценки экономической эффективности работы ускорителя. Сегодня машина обходится бюджету США в $ 160 млн. годовой стоимости. Но озабоченность бюджетом должна быть не единственным направлением работы комиссии. При обновлении RHIC сможет генерировать столкновения в 20 раз сильнее, а соответственно и увеличить риск возникновения непредвиденных ситуаций, что побудило экспертов высказать пожелание о более тщательной оценке этих рисков.

Профессора Барам и Джонсон особенно обеспокоены тем, что ряд экспериментов над энергией показали, что мини черные дыры могут образовываться в результате меньшего количества энергии, чем предполагалось первоначально.

С помощью RHIC ученые обнаружили бозон Хиггса, а также кварк-глюонную плазму. 

Источник

В настоящее время астрономы наблюдают во Вселенной множество скоплений галактик – групп из сотен или тысяч галактик, связанных вместе гравитацией. Эти гигантские скопления триллионов звезд сформировались в результате «ряби» в очень ранней Вселенной: вскоре после Большого взрыва в кипящем шаре горячей плазмы сформировались крошечные квантовые колебания. Миллиарды лет спустя, эти колебания плотности вещества превратились в скопления галактик.

Однако в этой модели эволюции Вселенной есть нестыковки. Впервые проблему обнаружили с помощью наблюдений космического телескопа ЕКА Planck, который измеряет колебания космического микроволнового фонового излучения, оставшегося от Большого Взрыва. Ученые сравнили картину колебаний и сравнили их с наблюдаемыми скоплениями галактик.

Согласно результатам наблюдений, опубликованным в прошлом году, во Вселенной «не хватает» 40% массы галактических скоплений. Проще говоря, количество колебаний на заре формирования Вселенной было больше, чем ныне наблюдаемых скоплений галактик. Это противоречие заставило физиков придумывать самые невероятные объяснения, большинство из которых находятся за пределами Стандартной модели.

Так, некоторые теоретики обратились к нейтрино – призрачным субатомным частицам почти нулевой массы. Например физик Уэйн Ху (Wayne Hu) из Университета Чикаго и его коллеги опубликовали теорию о связи несоответствия с тем, что три известных типа нейтрино на самом деле значительно тяжелее, чем считалось ранее, или же существует четвертый, еще не открытый, вид нейтрино. Дополнительная масса нейтрино могла бы оказать влияние на рост первичной ряби и снизить количество скоплений галактик.

Однако, возможно, объяснение «отсутствующей» массы скоплений галактик может быть гораздо более простым. Согласно исследованию, проведенному учеными из Стэнфордского университета в Калифорнии, скопления галактик на самом деле могут иметь большую массу, чем показывают наблюдения телескопа Planck. Таким образом нет особой необходимости в придумывании новой экзотической физики. Исследование использует гравитационное линзирование, технику, которая позволяет «взвесить» скопления галактик, измеряя силу искажения света их гравитационными полями.

Работая над проектом под названием Weighing the Giants («Взвешивание гигантов»), ученые изучили с помощью телескопа Subaru и Canada–France–Hawaii 22 скопления галактик, изученных ранее космическим телескопом Planck. Измерения показали массу на 43% выше, чем масса, которую рассчитали по наблюдениям аппарата Planck. В другом исследовании под названием Cluster Lensing and Supernova Survey («Линзирование скоплений и наблюдение сверхновых») использовали космический телескоп Хаббл для измерения 25 кластеров, ранее изученных телескопом Planck. Эти наблюдения также показали превышение массы наблюдаемых скоплений, над той, что измерил Planck, на этот раз на 30%.

Наблюдение галактик с помощью гравитационного линзирования связано с неопределенностью, которая возникает из-за взаимодействия реликтового излучения с горячим газом

Судя по всему, разница в измерениях связана с неопределенностью наблюдений телескопа Planck. Дело в том, что космический телескоп обнаруживает фотоны космического микроволнового фона, которые на пути к объективам телескопа проходят через скопления галактик. Внутри галактик эти фотоны сталкиваются с энергичными электронами из облаков горячего газа, в результате чего фотоны приобретают больше энергии. Именно это воздействие добавляет неопределенности в измерения массы скоплений галактик.

Многие астрофизики полагают, что оставшиеся расхождения в измерении массы скоплений галактик будут разрешены благодаря новому телескопу Dark Energy Survey стоимостью $50 млн. Этот телескоп 9 февраля уже завершил первую трехмесячную серию наблюдений, в ходе которых были изучены сотни скоплений галактик. Анализ этих данных займет время: первые результаты ожидаются в конце 2014 года.

Источник

Исследователям из США удалось преодолеть ключевую проблему, с которой неизбежно сталкиваются все учёные, работающие над созданием реакторов термоядерного синтеза. Одна из статей последнего выпуска журнала «Nature» была посвящена результатам исследования, в рамках которого учёные из Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) продемонстрировали, что в ходе термоядерных реакций возможно производить энергию, объем которой превысит объемы энергии переданной топливу. Использование термоядерных реакций в качестве источника энергии –по-прежнему остается долгосрочной перспективой, однако последнее достижение – это важный шаг к этой цели.

Ядерный синтез – это процесс, который «снабжает» энергией Солнце и миллиарды других звезд во Вселенной. Если учёным удастся «освоить» этот процесс, то он мог бы стать неограниченным источником чистой энергии, поскольку «сырья» для него более чем достаточно, к тому же в ходе него не происходит выделение углекислого газа.

Во время реакций ядерного синтеза, мелкие атомы объединяются в более крупные, испуская при этом огромное количество энергии. Для достижения этой цели на Земле, учёные должны воссоздать условия, аналогичные тем, что происходят в центре Солнца, то есть воссоздать очень высокой деление и температуру.

Есть два способа достижения этой цели: первый– импульсное сдерживание реакции (Inertial Confinement Fusion (ICF) — предусматривает использование лазеров; второй – магнитный термоядерный синтез (Magnetic Сonfinement Fusion (MCF) – применение магнитов.

Omar Hurricane и его коллеги из Lawrence Livermore National Laboratory отдали предпочтение первому способу – ICF. Учёные при помощи 192 высокоэнергетических лазеров в установке National Ignition Facility, специально созданной для проведения экспериментов с термоядерными реакциями, воссоздали необходимую для проведения эксперимента температуру и давление.

Проведение стандартной реакции ядерного синтеза в National Ignition Facility предусматривает тщательную подготовку, на которую уходит несколько недель. Сама же термоядерная реакция длится не более 1 миллиардной секунды (150 микосекунд). В тот момент в ядре реакции создается давление, которое более чем в 150 млрд. раз превышает атмосферное. А температура и плотность воссозданной плазмы почти в 3 раза больше, нежели в центре Солнца.

Важнейшей частью этого эксперимента, ставшей настоящей проблемой для команды Hurricane, является капсула, размещённая внутри Hohlraum, диаметром порядка 2 мм, внешний слой которой представлен полимером, а внутренний – замороженными изотопами водорода (дейтерием и тритием).

В ходе эксперимента капсула была помещена в золотой цилиндр Hohlraum, сквозь отверстия которого проходило 192 лазера. Излучение от почти двух сотен лазеров приводит к тому, что внутренние стенки капсулы испускают рентгеновские лучи, которые, в свою очередь, равномерно её нагревают. Как результат, содержимое капсулы сжимается, что приводит к реакции ядерного синтеза. По словам Debbie Callahan, соавторп исследования, как только запускаются лазеры, капсула сжимается более чем в 35 раз, что соизмеримо сжатию баскетбольного мяча до размеров горошины.

В результате сжатия давление и температура повышается, что и приводит к реакции ядерного синтеза. «Загвоздку» этого процесса удалось преодолеть ещё в сентябре прошлого года, когда впервые Hurricane удалось добиться, чтобы в результате реакции ядерного синтеза выделилось больше энергии, нежели изначально было передано топливу.

Несмотря на то, что Hurricane добился, чтобы энергетическая производительность реакции термоядерного синтеза была больше энергии водородного топлива, участвующего в реакции, она все ещё более чем в 100 раз меньше полной энергии, помещённой в систему, большая часть из которой представлена лазерами.

По словам Hurricane, проблема в том, что на данный момент растраты установкой энергии на реализацию одного импульса значительно больше количества энергии, поступающего в капсулу с топливом.

Hurricane намерен и дальше работать в этом направлении и во что бы то ни стало добиться «зажигания», при котором ядерный синтез генерирует столько энергии, сколько затрачивается на поставку лазеров. Только после этого можно будет говорить о создании реакторов термоядерного синтеза.

Учёные пытаются «приручить» термоядерную реакцию на протяжении более полувека, однако успехи оставляют желать лучшего.

Источник

Крошечные фрагменты метеоритов помогли узнать, что два основных компонента жизни на Земле, возможно, были принесены на нашу планету космической пылью. 

Ученые обнаружили компоненты ДНК и аминокислот в небольшом фрагменте мурчисонского метеорита, который упал на Землю в 1969 году. Прежние исследования метеорита так же помогли обнаружить органические вещества. Особенность данного исследования – в том, что образцы, которые исследовались в прошлом, были намного больше. 

Мурчисонский метеорит относится к редкому типу космических камней: углистые хондриты составляют менее 5 процентов метеоритов, которые были найдены на Земле. Намного чаще такой состав встречается в виде космической пыли. Кроме того, молекулы, обнаруженные в этих метеоритах, обычно находятся в очень маленьких концентрациях: частиц на миллион или даже частиц на миллиард.

Эти факты заставили ученых задуматься над тем, насколько велико было значение богатых углеродом камней в «заселении» Земли. 

Исследование мурчисонского метеорита обнаружило «строительные блоки жизни» в образце, который весил 360-микрограмм. Этот образец был примерно в 1000 раз меньше, чем образцы, которые обычно берут ученые для анализа. 

Для работы с таким крошечным образцом и извлечения из него необходимой информации потребовалась более чувствительная техника, чем обычно. Прибор нанопотоковй жидкостной хроматографии организовал молекулы, которые затем были ионизированы наноэлектроспреем для анализа в масс-спектрометре. 

NASA и другим агентствам уже приходилось работать с образцами очень малых размеров, например, во время миссии «Звездная пыль», которая в 2006 году собрала частицы кометы Wild-2 и вернула их на Землю. Ученые надеются, что технологии, которые они используют сегодня, могут быть полезными и для космических миссий, особенно тех, которые предполагают сбор образцов и их транспортировку на Землю. 

Это исследование было недавно опубликовано в издании Journal of Chromatography A.

Источник

Команда европейских астрономов открыла ранее неизвестную комету, - крошечный «пузырек» света, вращающийся вокруг Солнца далеко в Солнечной Системе. 

Команда Tenerife Asteroid Survey (Обзор Астероидов на острове Тенерифе) европейской обсерватории Тейде (Teide Observatory) открыла комету P/2014 C1, получившую название "TOTAS" (Тотас) в знак признания работы ученых, совершивших это открытие. 

Комета была неожиданно обнаружена 1 февраля во время обычных наблюдений с помощью 1-метрового телескопа, который находится на Оптической Наземной Станции Европейского Космического Агентства, Тенерифе, Испания.

4 февраля Центр Малых Планет Международного Астрономического Союза официально объявил об открытии новой кометы, после того, как еще восемь обсерваторий подтвердили, что так же увидели этот объект.

Крошечный объект очень тусклый, и было определено, что его орбита лежит между Юпитером и Марсом – он не будет подходить ближе к Земле. 

"Кометы интересуют нас: нужно узнать, какую роль они сыграли в появлении воды на Земле в далеком прошлом. Чуть позже в этом году аппарат Розетта встретится с еще одной кометой, 67P/Churyumov–Gerasimenko, и изучит ее ядро и окружающие газ и пыль", - говорит Детлеф Кочни (Detlef Koschny), ответственный за деятельность по обнаружению и отслеживанию околоземных объектов в офисе программы SSA (Space Situational Awareness/Знания о ситуации в космосе) Европейского Космического Агентства.

Это последнее открытие было сделано с помощью программного обеспечения, которое сравнивает снимки, сделанные один за другим, для того, чтобы обнаружить объекты, которые движутся на звездном фоне. С 2010 года команда TOTAS работает в сотрудничества с офисом SSA для проведения периодических небесных обзоров с целью обнаружения астероидов и других околоземных объектов, которые вращаются по орбите недалеко от Земли. В 2011 году ученым удалось обнаружить околоземный астероид 2011 SF108.

Источник

При комнатной температуре чудес не происходит: почти все удивительные квантово-механические явления любят холод. Чтобы увидеть сверхпроводимость, сверхтекучесть или создать конденсат Бозе-Эйнштейна необходимо сначала достичь температур, очень близких к так называемомуабсолютному нулю.

В наземных лабораториях физики упираются в предел — несколько нанокельвинов (миллиардных долей кельвина) выше абсолютного нуля. Дальнейшее снижение температуры в условиях земной гравитации невозможно, и потому учёные решили переместить лабораторию в космос.

В рамках эксперимента Cold Atom Laboratory ("Лаборатория охлаждённых атомов") агентство NASA планирует достичь температур на три порядка ниже нынешних рекордов. "Лаборатория" будет готова к работе в 2016 году, и располагаться она будет на Международной космической станции.

Основная цель проекта — пролить свет на природу "квантовой материи", то есть те формы материи, в которых некоторые макроскопические (проявляющиеся в обычной жизни) свойства управляются квантовой механикой. Помимо нашумевшей сверхпроводимости, учёные надеются увидеть и другие квантово-механические феномены, для проявления которых недостаточно земных температур.

Некоторые крошечные явления невозможно увидеть на Земле из-за так называемого теплового шума. Избавившись от этой проблемы с помощью перенесения лаборатории в космос, физики планируют больше узнать о квантовой запутанности, принципе эквивалентности сил гравитации и инерции и других не до конца изученных явлениях.

С точки зрения физики, достижение температур, близких к абсолютному нулю, означает сильное замедление всякого движения. Если нуль по шкале Кельвина (-273,15 по Цельсию) является температурой, при которой останавливается всякое движение, включая колебания атомов и мельчайших частиц, то чем ближе среда к этому абсолюту, тем необычнее будут свойства объектов, в ней находящихся.

Сухой лёд, к примеру, имеет температуру 195 кельвинов, жидкий азот кипит при 77 кельвинах, газ гелий становится жидким при 4,2 кельвинах, а температура самого холодного природного места во Вселенной — туманности Бумеранг — составляет 1 кельвин. Объект, температура которого будет составлять 1 пикокельвин, окажется в триллион раз холоднее туманности Бумеранг.

Одним из объектов исследования в Лаборатории охлаждённых атомов будут волны де Бройля атомов в холодном газе. При комнатной температуре атом средней массы имеют длину волны около 0,02 нанометра, что примерно в 10 раз меньше, чем физический размер атома. Это расхождение в размерах объясняет, почему в одноатомных газах, то есть в газах, где атомы не имеют химических связей друг с другом, не проявляют квантовую природу при комнатной температуре.

При температуре в 1 кельвин длина волны достигает уже 0,3 нм, что чуть больше, чем расстояние между атомами в жидкости и уже можно наблюдать сверхтекучесть гелия. Если опустить температуру среды до одного пикокельвина, то длина волны достигает 0,3 мм — значительно больше среднего размера атома. Когда квантовые волны отдельных атомов газа перекрывают друг друга, система начинает функционировать преимущественно по законам квантовой механики.

На сегодняшний день самые низкие температуры достигаются при создании квантовых одноатомных газов. В таких экспериментах необходимо поймать, охладить и изучить целую коллекцию индивидуальных атомов. К сожалению, атомные ловушки нарушают как конечную температуру, так и общую однородность исследуемой среды.

Самые современные атомные ловушки опираются на принцип гравитомагнитного баланса. Звучит сложно, но на самом деле всё просто. Диамагнитные атомы выталкиваются магнитными полями так, что при размещении в неоднородном по "силе" магнитном поле атомы будут опускаться до того уровня, пока направленная вверх сила от магнитного взаимодействия не уравновесит силу тяжести.

Гравитомагнитные ловушки также обладают одним интересным свойством: магнитное поле в её центре несколько меньше, чем по краям, что позволяет удерживать атомы и в горизонтальной плоскости. Таким образом атом фиксируется в определённом положении и управлять им становится так же просто, как маленькой бусинкой, которую мы держим в щипцах.

Магнитные взаимодействия различных атомов в такой ловушке не будут однородными, особенно если учитывать огрехи при изготовлении и эксплуатации приборов. А любые колебания или другие изменения в магнитном поле заставят атомы двигаться быстрее, что эквивалентно росту температуры (чем жарче, тем активнее они колеблются). Стремления достичь баланса привели к тому, что самая низкая температура, созданная в лаборатории, составила 0,45 нанокельвинов. Эксперимент проводится в Массачусетском технологическом институте (MIT).

В рамках проекта Cold Atom Laboratory учёные NASA планируют создавать квантовые газы при температуре в несколько пикокельвинов. Самое приятное, что никакие атомные ловушки в космосе не понадобятся, и представители агентства подробно объяснили, почему.

Типичный экспериментальный образец захваченных атомов обладает "шириной" в несколько миллиметров. При температуре в 1 кельвин незахваченные атомы "сбегут" уже через миллисекунду, чего явно недостаточно для изучения. Тем не менее, при 1 нанокельвине атомы будут удерживать экспериментальный объём на протяжении 5 секунд, а при 1 пикокельвине — уже три минуты. На самом деле, необходимые измерения можно успеть сделать и за несколько секунд, так что предоставленного времени для расчётов будет вполне достаточно — и никакие ловушки не нужны.

Другая проблема, которую физики пытаются решить запуском эксперимента Cold Atom Laboratory — это земная гравитация. На поверхности планеты атомы не удержали бы экспериментальный объём образца уже через 25 миллисекунд. К тому же, частицы получили бы кинетическую энергию, которая сравнима с их тепловыми колебаниями. Такие условия привели бы к неточным данным по итогам эксперимента.

Таким образом, лаборатория на орбите снимает сразу две проблемы. Помимо того что не требуется никаких ловушек для достаточно холодных атомов, не нужны и никакие устройства для "удаления" земной гравитации.

Модуль с лабораторией планируют запустить и пристыковать к МКС уже в 2016 году. Так что через пару лет, должно быть, появятся первые интересные отчёты физиков об орбитальных квантово-механических чудесах.

Источник

Графен действительно чудо материал 21-го века, находящий применение во всем: от солнечных батарей до крошечных антенн. Но теперь группа европейских научно-исследовательских институтов объединила усилия, чтобы создать еще более универсальный графен.

Обычный графен принимает форму листа атомов углерода, толщиной в один атом, соединенных между собой сотовой структурой. Наряду с прозрачностью и проводимостью, это также самый тонкий и самый прочный материал в мире.

Искусственный графен обладает той же структурой пчелиных сот, но изготовлен из нанометровых в толщину полупроводниковых кристаллов вместо атомов углерода. Химический состав, размер и форма этих кристаллов может быть изменена, в зависимости от необходимых свойств материала для требуемого приложения.

Его можно было бы использовать во многих сферах, в которых графен применяется в настоящее время, но с еще более высокой производительностью. Как сообщили ученые из Университета Люксембурга, одного из партнеров: «"Искусственный графен" должен привести к разработке более быстрых, мелких и легких электронных и оптических устройств всех видов, в том числе более высокую производительность фотоэлементов, лазеров или светодиодного освещения».

К другим институтам, помогающим в развитии материала, относятся Институт электроники, микроэлектроники и нанотехнологий (IEMN) во Франции, Институт исследования наноматериалов Дебая, Институт теоретической физики Утрехтского университета в Нидерландах и Институт Макса Планка по физике сложных систем. Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Physical Review X.

Источник

Физикам Европейского центра ядерных исследований удалось поставить очередной рекорд – они продлили жизнь антивещества до 16 минут, что позволяет крайне точно изучить свойства этой таинственной материи, ответив таким образом на вопросы о рождении Вселенной.

Все это, как надеются в ЦЕРН, поможет им разгадать многие тайны, окутавшие процесс образования Вселенной

Ученым, в ходе эксперимента Alpha, удалось продлить жизнь атомов антиводорода на целых 16 минут. Из всего полученного антивещества аннигилировало почти сто процентов, но 300 атомов антиводорода все же смогли сохраниться в течение 16 минут. Это время позволят физикам провести более подробные изучения, проверить антиматерию на предмет взаимодействия с физическими силами, такими, как гравитация и прочие.

Все это, как надеются в ЦЕРН, поможет им разгадать многие тайны, окутавшие процесс образования Вселенной. Ведь в начале, как гласят сегодняшние теории, вещества и антивещества было поровну, и практически сразу произошла аннигиляция – взаимное уничтожение материи и антиматерии. Однако простое вещество все же осталось, и в немалых количествах, если судить по современному состоянию Вселенной. Физики не представляют, почему именно так произошло, и данные эксперименты должны помочь пролить свет на эти тайны.

Источник