Новости науки

Недавнее исследование, проведённое химиком-инженером из Университета штата Канзас, может помочь усовершенствовать датчики влажности и давления, в особенности те из них, которые используются в открытом космосе.

Группа исследователей во главе с профессором Викасом Берри использовала графеновые квантовые точки для создания нового типа датчиков влажности и давления. Квантовые точки — это крохотные листы графена. Графен — это структура, представляющая собой тонкий слой атомов углерода, которая обладает уникальными механическими и оптическими свойствами.

Принцип работы датчика, представленного учёными, достаточно прост. Квантовые точки располагаются на поверхности гигроскопичного микроволокна с крохотными промежутками между ними. При этом получается структура, напоминающая кукурузный початок. При снижении влажности окружающей среды вода покидает центральный «стержень початка» и «кукурузные ядра» — графеновые квантовые точки — сближаются друг с другом. При этом электрическая проводимость датчика возрастает во много раз — вплоть до 46-кратного уменьшения электрического сопротивления.

Эти датчики лучше всего подойдут для измерений давления и влажности в местах, где требуется высокая чувствительность приборов, например в космосе или на Марсе, плотность атмосферы которого почти в 100 раз меньше плотности земной атмосферы, говорят учёные.

Источник

Те дни, когда известные астрономам далёкие планеты можно было пересчитать по пальцам, давно канули в Лету. В настоящее время учёные насчитывают более 800 подтверждённых экзопланет — планет, расположенных за пределами нашей Солнечной системы — и более 2700 планет-кандидатов. Для изучения химического состава этих планет астрономы разрабатывают специальные, сложные техники прямого наблюдения.

Исследователи, использовавшие для своих наблюдений мощности Паломарской обсерватории, расположенной в Сан-Диего, недавно смогли получить инфракрасные снимки планет, обращающихся вокруг звезды под названием HR 8799.

HR 8799 — это крупная звезда, вокруг которой обращаются как минимум четыре известных астрономам гигантских, красных планеты. Использование специальных инструментов, в числе которых были коронограф, адаптивная оптика и спектрограф, позволило учёным получить данные о химическом составе изучаемых планет.

Результаты исследования показали, что, хотя температуры на всех четырёх планетах примерно одинаковы, но их химический состав сильно различается при переходе от одной планеты к другой. В составе некоторых из планет не оказалось метана, но были замечены намёки на присутствие аммиака и других соединений, обнаружение которых может стать для учёных неожиданностью. Дальнейший анализ данных наблюдений поможет исследователям лучше разобраться в химическом составе изучаемых объектов.

Источник

Эродированные каналы и расщелины между чашами марсианских кратеров, образовавшиеся в результате гигантских наводнений, являются убедительным доказательством в пользу того, что некогда на раннем Марсе присутствовали обширные, глубокие водоёмы, согласно данным, полученным при анализе новых изображений и топографических данных.

Глубокие и протяжённые марсианские каналы представляют собой загадку, над которой учёные бьются, начиная ещё с тех времён, когда эти геологические особенности были впервые обнаружены на снимках, сделанных космическим аппаратом Viking. За это время исследователями выдвигались различные предположения о механизме формирования каналов: среди возможных причин их возникновения назывались сильные ветра, лава или потоки разлившегося диоксида углерода. Но ни одно предположение не объясняло загадку до конца.

В настоящее время исследователи из Лаборатории реактивного движения НАСА выяснили детали таинственного механизма. Согласно их сценарию, виновником торжества оказалась подземная вода, которая постепенно наполняет чашу кратера, затем переполняет её, и вода начинает перетекать в другую чашу, прорезая канал. Количество образовавшихся каналов нарастает лавинообразно, и в результате образуется та разветвлённая сеть, которую мы наблюдаем на снимках поверхности планеты, сделанных марсианскими орбитальными аппаратами, говорят учёные.

Источник

Исследователи использовали многоколлекторный ионный микрозонд для изучения соотношения между водородом и дейтерием в лунных образцах и на Земле. Учёные пришли к выводу, что вода не была доставлена на Луну с кометами, а находилась изначально на Земле, откуда была выброшена в результате гигантского столкновения, произошедшего 4,5 миллиарда лет тому назад и сформировавшего естественный спутник нашей планеты.

Вода, находящаяся в мантии Луны, была доставлена с примитивными метеоритами — такими же, как и те, что доставили большие количества воды на Землю, говорится в новом исследовании.

Луна, предположительно, сформировалась из диска материи, выброшенной в результате столкновения крупного космического объекта с Землёй. Учёные долгое время полагали, что колоссальный нагрев, которым обычно сопровождаются крупные космические столкновения, должен был привести к испарению всей воды, заключённой в обломках, и предполагалось, что Луна сформировалась абсолютно сухой. Однако недавние находки космического аппарата НАСА вкупе с новым исследованием образцов, собранных астронавтами миссии «Аполлон», и исследованием, о котором идёт речь в этой статье, заставляют учёных пересмотреть положения этой теории.
Источник

В рамках совместного проекта между Стратклайдcким и университетом Глазго, Имперским колледжем в Лондоне и Национальной физической лабораторией, исследователи разработали портативный способ получения ультрахолодных атомов для квантовых технологий и квантовой обработки информации, сообщает mysmi.net.

Их исследование было опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.

Многие самые точные устройства измерения, включая атомные часы, работают, наблюдая, как атомы переходят между отдельными квантовыми состояниями. Высокая точность достигается за счёт длительных наблюдений, зачастую с использованием медленных ультрахолодных атомов, внедрённых в большой аппарат.

Доктор Айдан Арнольд, преподаватель физики в Стратклайдcком университете, сказал: «Чем дольше наблюдать за переходом атомов, тем более точно они могут быть измерены. Можно пролить на них лазерный свет, чтобы замедлить их согласно эффекту Доплера. Теперь мы можем сделать это в очень маленьком устройстве».

Исследователи разработали технологию, которая является гораздо более компактной, чем предыдущие, но всё ещё должна охлаждать и улавливать в ловушку большое число атомов для использования в портативных устройствах. Они копируют поверхность полупроводникового кристалла, чтобы сформировать дифракционные решётки, разделяющие лазер на множество пучков, которые в последствие охлаждают атомы.

Профессор Эд Хиндс, который руководит Centre for Cold Matter в Имперском колледже Лондона, сказал: «Эти специально изготовленные микро-дифракционные решётки создают идеальные лазерные пучки для заманивая в ловушку и охлаждения атомов».

Портативные часы, магнитометры и акселерометры имеют самые разные применения, включая навигацию на Земле и в космосе, телекоммуникации, геологоразведочные и медицинские визуализации.

Доктор Алистер Синклер, главный научный сотрудник Национальной физической лаборатории (англ. National Physical Laboratory), сказал: «миниатюризация атомных датчиков, использующих эти оптические решётки, может внести важный вклад в метрологию и высокоточное измерение».

Профессор Чарли Айронсайд из Школы инженеров при Университете Глазго сказал: «эти специализированные оптические дифракционные решётки были разработаны в сотрудничестве с James Watt Nanofabrication Centre при Университете Глазго. Данная работа является хорошим примером того, как могут сотрудничать физики с инженерами в разработке передовых технологий».

Проект финансировался Исследовательским советом инженерных и физических наук (англ. Engineering and Physical Sciences Research Council), ЕКА, Wellcome Trust, UK National Measurement Office, Royal Society of Edinburgh и Royal Society.

Источник

Космический телескопа НАСА/ЕКА “Хаббл” обнаружил признаки планет земного типа в маловероятном для существования таких планет месте — в атмосферах пары сгоревших звёзд, расположенных в близлежащем звёздном скоплении. Мёртвые звёзды «загрязнены» осколками объектов, похожих на астероиды, которые постепенно падают на звёзды.

Эти звёзды, известные как белые карлики — небольшие, тусклые остатки звёзд, некогда подобных Солнцу — лежат на расстоянии в 150 световых лет от нас в звёздном скоплении Гиады, расположенном в созвездии Тельца. Это скопление сравнительно молодое: ему всего-навсего 625 миллионов лет.

На настоящее время учёные обнаружили очень мало планет, обращающихся вокруг звёзд, лежащих в звёздных скоплениях, одной из причин чего может служить высокая активность молодых звёзд скоплений, препятствующая проведению наблюдений.

Однако в ходе проведения нового исследования учёные обнаружили планеты, расположенные вокруг сгоревших звёзд скопления — белых карликов. Анализ показал, что эти планеты сформировались в то время, когда звёзды ещё не дожгли остатки своего звездного горючего.

Источник

 Источник

На прошлой неделе российский исследователь Андрей Злобин объявил о том, что каменистые фрагменты, обнаруженные им на дне сибирской реки в 1988 г., «вероятно, осколки Тунгусского метеорита», и являются фрагментами космического объекта — предположительно, кометы или астероида — вошедшего в атмосферу Земли над заболоченной областью в Сибири 30 июня 1908 г. Сила взрыва этого объекта оценивается примерно в 5 мегатонн в тротиловом эквиваленте; взрыв уничтожил почти 300 квадратных километров леса.

В своей работе, опубликованной 29 апреля, Злобин указывает, что оплавленные камни, обнаруженные им на дне реки Кужмы в 1988 г., вероятно, являются осколками Тунгусского метеорита.

Согласно Наталье Артемьевой из Института динамики геосфер Российской академии наук, заявления Злобина «смехотворны».

В статье, опубликованной недавно на сайте информационного агентства РИА-новости, Артемьева утверждает, что суммарная масса небольших метеоритов и метеоритной пыли, вошедших в атмосферу Земли за 100 лет, прошедших с момента падения Тунгусского метеорита, уже давно превысила массу самого этого метеорита, а потому маловероятно, что осколки, найденные Злобиным, относятся именно к Тунгусскому метеориту. Кроме того, даже если окажется, что осколки камней Злобина — метеориты по существу, привязать их к Тунгусскому событию будет очень непростой научной задачей, считает эксперт.

Источник

Физики выяснили, что ядро радия-224 (радиоактивного нуклида химического элемента радия) похоже по своей форме не на классический шар или эллипс, а на грушу, что позволяет использовать его для проверки и уточнения общепринятых представлений о том, как устроен атом, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Грушевидная структура ядра радия-224

По современным представлениям, ядро атома представляет собой компактный и плотный объект, состоящий из отдельных элементов-нуклонов - протонов или нейтронов. В отличие от электронной оболочки, одинаковой по своему устройству для всех атомов, форма ядра может сильно меняться при изменении пропорции нейтронов и протонов.

Питер Батлер (Peter Butler) из университета Ливерпуля (Великобритания) и его коллеги открыли ранее не встречавшуюся форму ядра, "грушу", экспериментируя с ядрами с необычным соотношением числа протонов и нейтронов. По современным представлениям, некоторые изотопы "тяжелых" элементов, таких как уран, радий, радон или торий, могут принимать такую форму, однако это не было подтверждено экспериментальным путем из-за того, что у большинства таких атомов крайне малый период полураспада.

Гамма-спектрометр MINIBALL, использованный для вычисления формы ядра радия-224

Группа Батлера исправила этот недостаток, используя мощности ЦЕРНА для одновременного синтеза "нужных" изотопов этих элементов и анализа их свойств. В ходе своих экспериментов ученые бомбардировали пластину из урана при помощи протонов, ускоренных синхротроном PSB. Специальные ловушки "выуживали" ядра нужных изотопов, "очищали" их от электронов и сталкивали с тонкой фольгой из никеля, кадмия и олова.

Когда такие ионы проходят через фольгу, она начинает "вибрировать" в гамма-диапазоне, и частота и характер таких колебаний зависит от формы ядра. Это позволило ученым определить, что ядра радия-224 действительно похожи на грушу, тогда как другие изотопы, такие как радон-220, оказались обычной эллипсовидной формы. По словам физиков, дальнейшее изучение радия-224 и более тяжелых элементов с "грушевидным" ядром поможет проверить стандартную модель атома и уточнить ее. 
Источник

Космическая обсерватория Herschel Европейского космического агентства произвела подробные наблюдения оказавшегося неожиданно горячим молекулярного газа, который обращается вокруг сверхмассивной чёрной дыры, расположенной в центре нашей галактики Млечный путь и постепенно падает на неё.

Между нашей Солнечной системой и центральной чёрной дырой Млечного пути лежат толстые слои пыли, которые препятствуют наблюдениям в видимой части спектра. Поэтому астрономы изучают центральные области Млечного пути при помощи телескопов, работающих в дальней ИК-области спектра, подобных обсерватории Herschel.

Недавние наблюдения, произведённые этой космической обсерваторией, обнаружили, что облака газа, лежащие близ чёрной дыры Млечного пути, оказались разогретыми до температур, превышающих 1000 градусов Цельсия, в то время как типичные межзвёздные газовые облака обычно нагреты лишь чуть выше -273 градусов Цельсия — абсолютного нуля температуры. В числе возможных причин аномалии учёные называют соседство обнаруженных газовых облаков с молодыми звёздными скоплениями или воздействие ударных волн, созданных в результате возможных столкновений между другими близлежащими газовыми облаками.
Источник

Ученым удалось создать гибридное устройство на базе атома эрбия и транзистора, позволяющее объединять квантовые компьютеры в своеобразный квантовый Интернет.

Источник

«Кристаллы времени» способны перевернуть теоретическую физику. В начале 2012 года нобелевский лауреат (2004), физик Франк Вилчек, осмелился выйти на публику с весьма странным предположением. Вилчек разработал и развил доказательство существования «кристаллов времени» — физических структур, которые движутся по одной и той же схеме, как минута в часах, не затрачивая энергию и не останавливаясь никогда. В отличие от часов и любых других известных нам объектов, кристаллы времени получают энергию для движения не из хранилища, а из разлома в симметрии времени, который представляет собой особую форму вечного движения. Идею профессора Массачусетского технологического института физики встретили настороженно: ведь он заговорил о вечном движении, которое считается невозможным из-за фундаментальных законов физики. Благо современный технологический прогресс делает возможным проверку такой экстравагантной идеи. Физики планируют построить кристаллы времени, даже не за тем, что они будут генерировать бесконечное количество энергии (и тем самым станут вечным двигателем, который безуспешно пытались создать тысячи лет), а за тем, что находка может рассказать о том, что такое время на самом деле. Когда материя кристаллизуется, ее атомы спонтанно выстраиваются в ряды, колонки и стопки трехмерной решетки. Атом занимает свою позицию в решетке, но баланс сил между атомами мешает. им набиться в пространстве. Поскольку у атомов есть дискретный, а не непрерывный выбор мест, где появиться, кристаллы ломают пространственную симметрию природы — обычное правило того, что все места в пространстве эквивалентны. Как же насчет временной симметрии природы — правило того, что стабильные объекты остаются неизменными во времени? Вилчек думал над этим нескольких месяцев. Его уравнения показали, что атомы действительно могут образовывать постоянно повторяющуюся решетку во времени, возвращаясь в исходное положение спустя дискретный (а не непрерывный) интервал, тем самым нарушая временную симметрию. Без потребления или производства энергии временные кристаллы будут стабильными, то есть находиться в «основном состоянии», как говорят физики, несмотря на циклические изменения в структуре, что с точки зрения физики можно определить как вечное движение. Но как что-либо может двигаться вечно, не затрачивая энергию? Звучит невероятно, так как противоречит стандартным законам физики. Но исследования Вилчека по квантовым и классическим кристаллам времени прошли проверку экспертов и были опубликованы в авторитетных Physical Review Letters осенью 2012 года. Вилчек не утверждает, что знает, могут ли объекты, нарушающие симметрию времени, существовать в природе, но он попытается сделать один из таких в рамках эксперимента. В июне группа физиков под руководством Сян Чжана, наноинженера из Беркли, и Тонгчанга Ли, физика из группы Чжана, предложила создать кристаллы времени в форме постоянно вращающихся колец заряженных атомов или ионов. Ли уверял, что он думал об этом еще до того, как прочитал мысли Вилчека. Его статья была опубликована вместе с вилчековской в одном и том же журнале. С тех пор лишь Патрик Бруно, физик-теоретик из Европейского фонда синхротронного излучения во Франции выразил несогласие. Бруно считает, что Вилчек и его коллеги ошибочно отождествляют времязависимое поведение объектов с возбужденным энергетическим состоянием, а не основным. Нет ничего удивительного в объектах с избыточным энергетическим движением в цикле с замедлением движения по мере рассеяния энергии. Чтобы стать кристаллом времени, объект должен обладать вечным движением в основном состоянии. Замечания Бруно и реакция Вилчека появились в журнале PRL в марте 2013 года. Бруно продемонстрировал, что низкое энергетическое состояние возможно в системе, предложенной Вилчеком, как гипотетический пример квантового кристалла времени. Вилчек ответил, что хотя приведенный пример не является кристаллом времени, он не думает, что эта ошибка «ставит под вопрос основные понятия». В настоящее время международная группа исследователей во главе с учеными Беркли готовит сложный эксперимент в лаборатории, сообщает hi-news.ru. Однако он может быть проведен в период «от трех лет до бесконечности», прежде чем придет к логичному завершению. Все зависит от непредвиденных технических трудностей или финансирования. Есть надежда, что кристаллы времени выведут физику за пределы точной, но пока несовершенной квантовой механики, и проложат путь к более великой теории. И если все сложится удачно, то своими опытами ученые впервые продемонстрируют, что трансляционная симметрия времени может быть нарушена. «Это на самом деле перевернет наше понимание», — уверен Тонгчанг Ли. *** Справка: Франк Вильчек внёс вклад в исследование аксионов, энионов, асимптотической свободы, фаз цветовой сверхпроводимости кваркового вещества и других аспектов квантовой теории поля. Он работал над необычайно широким кругом вопросов — от физики конденсированных сред и астрофизики до физики элементарных частиц. Его интересы включают: «чистую» физику элементарных частиц: связь между теоретическими идеями и наблюдаемыми явлениями; поведение вещества: сверхвысокие температуры, плотности и фазовые структуры; применение физики элементарных частиц в космологии; применение приёмов теории поля в физике конденсированных сред; квантовую теорию чёрных дыр.   Алексей Дмитриев По материалам: Newsland.ru

Источник

Луна заслонит собой Солнце особенно интересным образом на этой неделе: она превратит его в «огненное кольцо» на небе.

Солнечное затмение, при котором видна лишь внешняя часть диска Солнца, называется кольцевым солнечным затмением, и оно произойдёт в четверг и пятницу на этой неделе. Если позволит погода, оно будет наблюдаться в некоторых частях Австралии и южной части Тихого океана, где по местному времени это событие произойдёт в пятницу.

Весь мир сможет наблюдать это затмение, благодаря онлайн трансляции, которую можно будет посмотреть здесь (Slooh Space Camera):



Трансляция будет сопровождаться комментариями экспертов (к сожалению, лишь на английском) и начнётся в четверг в 13:30 GMT.

Во время кольцевых солнечных затмений Луна бросает тень на поверхность Земли, проходя между нашей планетой и Солнцем. Соотношение размеров и радиусов орбит Солнца и Луны таково, что Луна оказывается примерно на 4,5% меньше Солнца на небе и целиком умещается внутри солнечного диска, создавая при этом отчётливое, яркое кольцо.

Источник

Марсианская гора Шарп высотой примерно в 5 километров, которая, как считали учёные, хранит следы былого присутствия в кратере Гейл, в котором она расположена, крупного озера, могла на самом деле сформироваться в результате наносов ветрами знаменитой марсианской пыли, указывается в новом анализе, посвящённом особенностям рельефа этой горы. Если эти данные подтвердятся, то исследователи могут распрощаться со своими ожиданиями найти следы присутствия в прошлом в кратере крупного водоёма, способного поведать о предполагаемом водном прошлом Красной планеты.

Группа учёных из Принстонского университета и Калифорнийского технологического института показала, что образование горы Шарп, вероятно, происходило по следующему механизму: днём воздух, нагретый Солнцем, поднимался со дна кратера, а к вечеру наблюдался процесс возвращения воздушных масс обратно. Такое ежедневное движение воздуха привело к накоплению в центральной части кратера большого количества пыли, говорят исследователи.

Это открытие может разочаровать учёных марсианской миссии НАСА Mars Science Laboratory, ключевым элементом которой является вездеход Curiosity, так как их робот в настоящее время находится на пути к этой таинственной горе.

Источник

На той ранней ступени поисков внеземной жизни, на которой находится современная наука, среди учёных широко распространено мнение о связи существования жизни на далёкой планете с наличием на поверхности планеты жидкой воды. Поэтому большинство исследователей-астробиологов сосредоточиваются на так называемой «обитаемой зоне» — области вокруг звезды, условия в которой позволяют находящейся в её пределах планете поддерживать на своей поверхности воду в жидкой форме.

Новое исследование, проведённое коллективом учёных во главе с Джованни Владильо из Астрономической обсерватории Триеста, Италия, также посвящено изучению обитаемых зон: астрономы рассмотрели в своей работе влияние такого малоизученного фактора как поддерживающееся на планете атмосферное давление на возможность нахождения планеты в обитаемой зоны звезды. Результаты большого числа сеансов компьютерного моделирования, проведённых исследователями, продемонстрировали, что обитаемая зона расширяется почти на пять процентов для планет с более высоким атмосферным давлением, по сравнению с обитаемой зоной для планет с меньшим атмосферным давлением.

Свои находки исследователи представили в журнале The Astrophysical Journal.

Источник

Нынешние детекторы гравитационных волн громоздки и дороги, при этом ещё и не способны выполнять свои прямые функции. А на принципиально более эффективные — то есть совсем золотые — никто не может найти денег. Но есть другой путь.

Гравитационные волны (ГВ) — крохотные возмущения гравитационного поля, «рябь» пространства–времени, возникающая при резком ускорении значительных масс, — прямо вытекают из теории относительности и, следовательно, являют собой фундаментальные основы современной физики. Но это как раз одно из тех её следствий, которые пока не наблюдались. Причина ясна: существующие методы регистрации ГВ требуют километровых детекторов значительной стоимости и сложности. 
Сейчас ГВ ищут при помощи длиннобазного лазерного интерферометра. Поскольку волна должна исказить пространство, в котором движутся лучи интерферометра, последний теоретически может обнаружить ГВ. Пока, правда, наземные детекторы не справлялись с задачей, в основном из-за фазового шума — случайных флуктуаций в частоте лазера.

Но есть и другие типы высокочувствительных интерферометров. Атомные интерферометры, разработанные в конце 1980-х под руководством Марка Казевича (Mark Kasevich) из Стэнфордского университета (США), измеряют не разницу в фазах двух лучей света — первичного и отражённого, а изменения в фазе волны материи, состоящей из атомов в суперпозиции их квантовых состояний. Для этого используется образец вещества, часть которого благодаря обстрелу лазерными импульсами постоянно переходит в возбуждённое состояние и обратно, а другая часть держится в основном квантовом состоянии. Когда атом пребывает в возбуждённом состоянии, длина его волны сокращается, что создаёт фазовый сдвиг между двумя частями волновой функции.

В своей последней работе Марк Казевич и Питер Грэм (Peter Graham) из Стэнфордского университета вместе с коллегами предлагают разместить два атомных интерферометра на значительном расстоянии друг от друга и использовать два лазера — по одному из каждого интерферометра, чтобы переводить атомы удалённого интерферометра в возбуждённое состояние и обратно. Тогда время, которое каждый атом проводит в возбуждённом состоянии, будет зависеть от времени пути лазерного импульса межу двумя интерферометрами. «Каждое облачко атомов [среда атомного интерферометра] станет секундомером, — поясняет г-н Казевич. — Когда лазерный импульс придёт с одного направления, это запустит отсчёт. А когда он придёт с другого направления, импульс остановит отсчёт».

Если расстояние между этими двумя приборами будет постоянным, атомы обоих устройств получат одинаковый фазовый сдвиг. Однако если на них подействуют ГВ от далёкого события вроде слияния пары чёрных дыр, то расстояние между ними изменится (та самая «рябь» пространства–времени), и один из интерферометров ускорится относительно другого. И тогда атомы в приборах получат разный фазовый сдвиг, а поскольку для возбуждения атомов в обоих интерферометрах будут использоваться одни и те же лазеры, влияние на измерение фазового шума от лазеров сведётся к нулю. «Свет просто действует как средство запуска и остановки часов, — подчёркивает Марк Казевич. — А всю тяжёлую работу делает атом».

Само собой, чтобы всё получилось, расстояние между интерферометрами должно быть значительным. По сути, для их размещения подходит только космос, точнее — околоземная орбита. То есть проект всё ещё остаётся довольно сложным с технической точки зрения. Однако исключение из параметров, влияющих на измерения, фазового «шума» от лазеров означает, что перед нами самая точная из когда-либо представленных теоретических схем регистрации гравитационных волн. Что ж, подождём, когда стэнфордцы испытают достраиваемый ими первый прототип такого устройства.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.

Источник

Исследователи представили неразрушающую технологию для измерения в атомном масштабе.

Совершенствование понимания человеческого мозга, исследование происхождения вселенной или оптимизация точности систем GPS — все эти задачи сложны уже тем, что требуют визуализации весьма хрупких элементов, которые могут разрушиться в результате малейшей попытки их наблюдения.

И вот теперь решение обеспечивает квантовая физика. В статье, опубликованной в издании Nature Photonics, исследователи из Института фотоники сообщили о наблюдении за весьма хрупким и изменчивым телом посредством новой квантово-маханической технологии измерения.

Ученые из группы во главе с Морган Митчелл применили так называемое неразрушающее квантовое измерение крошечного атомного облака. Им удалось наблюдать вращение электронов в атомах, причем само облако в процессе наблюдения не пострадало. Так впервые было продемонстрировано неразрушающее квантовое измерение произвольного материального объекта. Метод может быть усовершенствован для наблюдения за отдельными атомами.

В ходе эксперимента ученые подготовили световые импульсы с фотонами в комплементарных состояниях, а затем направили их через облако атомов, измеряя на выходе поляризацию частиц.

 «Первое измерение дает информацию, отражающую действие первого светового импульса, а второе измерение отменяет влияние предварительного импульса, позволяя наблюдать оригинальные особенности объекта», пояснил доктор Роберт Сивелл.

Источник

В 1992 году российский физик Александр Гуревич из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН предположил, что молнии вызываются космическими лучами, которые попадают в атмосферу Земли.
Нет, конечно, все мы слышали о гипотезе Бенджамина Франклина, согласно которой молния - это разряд, возникающий между облаками и поверхностью Земли просто из-за разницы в их зарядах. В этой концепции, однако, есть довольно уязвимое место. Для возникновения разряда необходимо, чтобы между облаками и поверхностью (или соседними облаками) была слишком уж большая разница по зарядам. Как выяснилось из информации, полученной метеозондами в 1990-х, на практике наблюдается не более одной десятой такой разницы. Тем не менее молнии, похоже, все же случаются. Так за счет чего?

Александр Гуревич и Ко полагают, что высокоэнергетические частицы в атмосфере запускают процесс, названный пробой на убегающих электронах (ПУЭ). А "спусковым крючком" ПУЭ служат космические лучи. Эти потоки заряженных частиц, в основном протонов, порождаемые далекими вспышками сверхновых (и другими процессами), попадая в атмосферу и сталкиваясь с ядрами атомов воздуха, вызывают лавинообразный процесс образования свободных электронов со значительной энергией (широкие атмосферные ливни).

Электрические поля в грозовых облаках разгоняют электроны до околосветовых скоростей. Дальнейшие столкновения электронов с атомами воздуха рождают дополнительные свободные электроны, а также рентгеновское и гамма-излучение, переходящие в нити электрических разрядов - стримеры, хорошо проводящие каналы, при слиянии которых возникает термоионизованный канал с высокой проводимостью (он же ступенчатый лидер молнии).

В теории все выглядит очень стройно: ПУЭ появляется в атмосфере в постоянном электрическом поле, на порядок меньшем поля обычного пробоя, то есть при наличии космических лучей наблюдаемых атмосферных электрических полей наконец-то достаточно, чтобы объяснить феномен как темной молнии, так и ее видимого аналога.

Но вплоть до самого последнего времени все это оставалось лишь теорией: не было конкретных свидетельств того, что именно космические лучи ответственны за начало пробоя на убегающих электронах.

Увы, воспроизвести такие процессы в лаборатории оказалось довольно трудно, и дело не только в том, что для этого нужно напряжение в 10 млн вольт. Давно известно, что космические лучи, входя в земную атмосферу, генерируют радиоимпульсы, и во время гроз радиоимпульсов со сходными параметрами больше, чем когда гроз нет.

Чтобы сверить гипотезу с наблюдениями, Александр Гуревич и Анатолий Караштин изНаучно-исследовательского радиофизического института (Нижний Новгород) проанализировали данные от радиоинтерферометров, снятые при 3800 ударах молний над Россией и Казахстаном. Поскольку радиоинтерферометры позволяют привязать зарегистрированные ими радиоволны к конкретным направлениям, ученым удалось недвусмысленно соотнести сотни и даже тысячи коротких и сильных радиоимпульсов с моментами, прямо предшествовавшими ударам молний. Более того, оказалось, что конкретные параметры радиоимпульсов совпадают с теоретически предсказанными особенностями их генерации космическими лучами.

Так что же, выходит, наблюдения всё объяснили? На самом деле, хотя и подтвердилось, что космические лучи играют роль "затравки" для тёмных и сопровождающих их обычных молний, осталась важная неясность. Над Россией и Казахстаном просто нет такого количества космических лучей необходимых энергий, чтобы породить наблюдаемый "обвал" молний.

Чтобы объяснить это "несоответствие", физики проанализировали характер возможного взаимодействия зафиксированных радиоинтерферометрами волн с каплями воды и градинами (гидрометеорами). Выяснилось, что, когда электроны низких энергий, сопутствующие свободным электронам высоких энергий, проходят мимо капель и градин в атмосфере, запускается ряд микроразрядов, радикально усиливающих как электрическое поле в районе возникновения будущей молнии, так и радиоимпульс, позднее регистрировавшийся приборами.

Вверху: частота попаданий космических лучей в атмосферу Земли. Внизу: частота ударов молний на единицу площади. Хорошо видно, что одних космических лучей мало для генерации молний: им нужно взаимодействие с каплями воды

Возражения, касающиеся публикации Гуревича и Караштина, не заставили себя ждать. Клив Саундерс (Clive Saunders) из Манчестерского университета (Великобритания), горячий сторонник альтернативной теории формирования молний, полагает, что "не показана корреляция между молниевой активностью и частотой прибытия космических лучей..."

Поясним: когда Солнце находится на пике своей активности, оно должно отражать значительную часть космических лучей от Земли в пределах гелиосферы. Если теория Гуревича верна, то в годы таких пиков молний должно быть намного меньше, чем в периоды солнечных минимумов. Поэтому, полагает британец, "пока они не докажут такую корреляцию, вся концепция остаётся под вопросом".

Но чтобы полностью принять эту критику, следует показать, насколько именно космические лучи достаточно высоких энергий в действительности отражаются, сталкиваясь с частицами солнечного ветра, так как пока четкие количественные модели такого взаимодействия не продемонстрированы...

Отчет об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.

Источник

Группа физиков из CERN смогли путём прямого измерения вычислить значение силы гравитации антиводорода. Вышеозначенная работа полностью опубликована в авторитетном журнале Nature Communications.

Установка для такого эксперимента создавалась на базе «Alpha» – специальной магнитной ловушки, способной задерживать антиматерию. В момент выключения прибора, отдельные молекулы антивещества начинают двигаться к гравитационному центру Земли, что показывает силу и характер взаимодействия между частицами и античастицами вещества. Здесь был взят классический принцип опытов по сбрасыванию различных предметов с высоты, только в микроскопических размерах.

К сожалению, ученым не удалось получить точные результаты измерений движения антиматерии. По представленным физиками данным, гравитационная масса частиц антиводорода оказалась меньше, чем у стандартного атома на 25 процентов, хотя все существующие теории говорят об абсолютной идентичности данных структурных компонентов по вышеозначенным параметрам. Несмотря на то, что опыты имели невысокую статистическую значимость, ученые оптимистично настроены на следующую серию опытов.

Источник

Солнечная система, которую мы привыкли называть своим домом, может оказаться довольно странной планетной системой, по сравнению со своими соседями, если рассматривать всё многообразие планетных систем Млечного пути, сказали астрономы.

Наша галактика Млечный путь, согласно современным оценкам учёных, содержит по крайней мере столько же планет, сколько в ней насчитывается звёзд. До сегодняшнего дня исследователи обнаружили примерно 900 так называемых экзопланет, и несколько тысяч планет-кандидатов ещё ожидают подтверждения.

Не далее как пять лет назад учёные неожиданно открыли самый распространённый в галактике Млечный путь тип экзопланет, отсутствующий, в то же время, в Солнечной системе — планеты, размеры которых находятся между размерами Земли и Нептуна. Эти планеты учёные назвали суперземлями.

Главной целью исследований, которые проводятся учёными в настоящее время, является определение потенциальной пригодности суперземель к существованию на их поверхностях органической жизни, говорят астрономы.

Учёные поделились своими соображениями в выпуске журнала Science за 3 мая.

Источник