Новости науки

Открыв основной строительный блок Вселенной, ученые ищут до сих пор невидимые миру частицы, которые приведут к «теории всего».

Ученые ЦЕРН, объявившие в прошлом месяце, что, они почти наверняка, обнаружили неуловимый бозон Хиггса, изучали огромное количество материалов, полученных из большого адронного коллайдера в научно-исследовательском центре в Женеве на предмет того, что они называют SUSY.

Суперсимметрия или SUSY – это теория, в которой считается, что каждая из элементарных частиц, составляющих Вселенную, имеет почти одинокого, но не совсем идентичного, «суперпартнера».

«SUSY – это допустимый параметр, и мы только начали ограничивать его в энергии», говорит физик ЦЕРН Oliver Buchmueller. «На карте полно областей, где он может находиться, и их нам еще только предстоит исследовать». Его существование подтвердило предполагаемое открытие Хиггса, с которым, по словам физиков, он неразрывно связан.

Суперсимметрия – это сопряженная симметрия пространства и времени. Ее можно интегрировать с теорией относительности Эйнштейна для предоставления полной информации о законах природы.

Физики говорят, что SUSY может объяснить тайну невидимой темной материи, которая составляет около 80 % твердого вещества Вселенной, и обеспечивает базу для «теории струн», главного претендента «теории всего». Теория струн гласит, что вместо частиц, Вселенная состоит из микроскопических струн.

Такая точка зрения может заменить нынешнее объяснение об устройстве Вселенной, Стандартной модели, разработанной в 1970-х годах, но в ней есть пробелы, которые включают гравитацию.

Поиск SUSY, или доказать что его не существует, является частью программы подземного ускорителя, где частицы сталкиваются с околосветовой скоростью и создают миллиарды взрывов, наподобие первобытного Большого взрыва.

Рольф Хойер, генеральный директор ЦЕРН, регулярно включает его в качестве одной из целей «новой физики» для ускорителя. Но в некоторых прогнозах, перед тем, как гигантская машина начала свою работу в марте 2010 предполагалось, что сигналы SUSY окажутся быстрее.

Существует много споров об этой теории, но суперсимметрия является одним из наиболее привлекательно возможных расширений Стандартной модели и ведущим претендентом в новых принципах природы, которые можно открыть только при большой энергии коллайдеров. Поэтому суперсимметричные частицы скорее всего можно будет заметить в начале 2015 года, когда мощность коллайдера, а следовательно столкновение частиц будет в два раза сильнее.

Источник

Странное облако, замеченное вездеходом НАСА Curiosity сразу по его приземлении на марсианскую поверхность, на этой неделе вызвало в интернете небывалый ажиотаж, заставив гиков ломать головы над тем, что бы это могло быть. Пылевая буря? Деталь вездехода? Что-то ещё... пришельцы?!

Но НАСА разрешило эту загадку. Необычный сгусток, видимый на первых фото Curiosity, на самом деле оказался гигантским облаком пыли, взметнувшимся вверх от падения посадочной ступени воздушного крана, которая доставила ровер на Красную планету.

Воздушный кран с ракетными двигателями парил над посадочной зоной Curiosity и бережно опускал 1-тонный вездеход на марсианскую поверхность, после чего он обрезал посадочные тросы и, отлетев в сторону на безопасное расстояние, рухнул в марсианскую пыль. НАСА окрестило этот безумный посадочный манёвр «семью минутами ужаса».

Вездеход Curiosity стоимостью в 2,5 миллиарда долларов является основным научным инструментом миссии НАСА Mars Science Laboratory, которая, как ожидается, проведёт следующие два года, исследуя марсианский кратер Гейл, чтобы определить, могла ли в его области когда-либо существовать микробная жизнь. Миссия была запущена в ноябре 2011 г.

Источник

Оптический коммутатор, разработанный Объединенным квантовым институтом (JQI), способствует перспективному объединению фотоники и электроники. Комбинированное использование световых и электронных пакетов весьма перспективно для разработки работоспособных оптоэлектронных протоколов.

Коммутатор JQI может перенаправлять пучок света за 120 пс, потребляя при этом всего около
Основой большинства электронных устройств является полевой транзистор, в котором переключателем состояния является затвор. Аналогичным процессом в фотонике был бы твердотельный компонент, который действовал бы подобно затвору, позволяя или запрещая прохождение света через близлежащий световод, или как маршрутизатор, переключая пучки по различным направлениям.

В эксперименте, подготовленным и проведенным Эдо Уоксом (Edo Waks) и его коллегами из Мэрилендского университета и NIST, полностью оптический переключатель был создан с использованием квантовых точек, служащих эквивалентом затвору и размещенных внутри полости резонатора.

Предыдущие оптические переключатели могли работать только с использованием объемистых нелинейных кристаллов и большой входной мощности. В противоположность этому, в коммутаторе JQI высокая нелинейность взаимодействия достигается с помощью одной квантовой точки и очень низкой входной мощности. Недостатком коммутатора является низкая температура функционирования – около 40 К.

Физик из JQI Раноджой Бозе (Ranojoy Bose) говорит, что их коммутатор не является полноценным оптическим транзистором.

Источник

Пока внимание всего мира приковано к событиям, происходящим на Марсе, Солнце демонстрирует, что оно тоже не хочет оставаться в стороне от славы. Гигантское тёмное волокно раскинулось по поверхности нашего светила, и его длина, как видно на изображении, составляет едва ли не половину диаметра Солнца. Приблизительные оценки предполагают, что длина этого лениво посапывающего «змея» – около 800000 километров! Ух ты!

Солнечные волокна представляют собой крупные области очень плотного, холодного газа, удерживаемого в определённом месте магнитными полями. Обычно они появляются в виде тонких, длинных нитей над солнечной хромосферой. Они выглядят тёмными, потому что их температура меньше температуры окружающего их вещества. Однако если они появляются у самого края солнечного диска, то они кажутся нам более яркими, чем окружающее их тёмное космическое пространство. В этом случае мы называем их протуберанцами. Протуберанцы и пятна, по сути, это одно и то же явление, они отличаются лишь цветом лежащего позади них фона.

Пол Эндрю (Paul Andrew) сделал 6 снимков, чтобы создать полное, комбинированное изображение Солнца.

Источник

Вчера исследователи представили самую крупную 3D-карту чёрных дыр и массивных галактик на сегодняшний момент, на которой указано местоположение более чем 1 миллиона галактик, а также расстояния до них.

Большинство из этих галактик, каждая из которых содержит более 100 миллиардов звёзд, лежат на расстояниях от 1 до 6 миллиардов световых лет от Земли. Нанесение их на карту позволит учёным отследить всю историю Вселенной за последние 6 миллиардов лет, говорит команда разработчиков, таким образом позволяя астрономам точнее оценить, какая её часть состоит из так называемой «тёмной энергии», таинственной силы, которая движет расширением Вселенной.

Исследованием, с начала которого недавно минул уже второй год, до сих пор охвачено лишь 8% неба. К тому времени, когда этот 6-летний проект будет завершён, астрономы нанесут на карту все массивные галактики, лежащие за пределами пылевого диска нашей галактики Млечный путь, которые различимы в Северном полушарии, – все вместе они составят около одной четверти всего неба, видимого с Земли.
Источник

В 2010 г. астрономы обнаружили четыре очень массивных звезды. С массами вплоть до 300 солнечных масс, они более чем в два раза превышали верхний массовый предел, установленный для звёзд учёными, опровергая таким образом существующие модели формирования звёзд и вызывая вопрос: как могли эти космические тела вымахать до таких невероятных размеров?

В настоящее время новые расчёты показали, что эти звёзды могли быть созданы, когда пары более лёгких звёзд, вращающихся друг относительно друга в двойных звёздных системах, сталкивались и сливались.

Чтобы разгадать эту загадку, учёным потребовалось провести колоссальный объём вычислений. Группа исследователей во главе с Самбараном Банерджи (Sambaran Banerjee) из Боннского университета, Германия, провела компьютерное моделирование взаимодействий между звёздами в скоплении типа R-136 – «звёздной колыбели» в туманности Тарантул, где были обнаружены четыре сверхмассивные звезды. Туманность Тарантул, облако из пыли и газа, составляющее 1000 световых лет в диаметре, также известная как NGC 2070, сама расположена в Большом Магеллановом Облаке, третьей ближайшей к Млечному пути галактике.

Результаты нового исследования будут представлены в готовящемся к выпуску номере журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Источник

На этом сногсшибательном новом видео, снятом марсоходом НАСА Curiosity во время его приземления видно, как гигантский роботизированный аппарат несётся на безумной скорости к поверхности планеты, поднимая с неё огромные облака пыли.

Видео посадки вездехода Curiosity было снято его камерой Mars Descent Imager camera или MARDI, сделавшей около 660 фотографий пока 6-колёсный робот мчался сквозь марсианскую атмосферу на протяжении своих «семи минут ужаса» перед приземлением вчера, в понедельник 6 августа.

Команда вездехода объединила 297 из этих снимков в 1-минутное видео, которое демонстрирует некоторые из беспрецедентных, самых зрелищных моментов посадки. Кульминациями стали отделение Curiosity от его теплового экрана, а также вздымающиеся с поверхности гигантские клубы пыли, поднявшиеся когда «воздушный кран» – устройство, которое опустило вездеход на поверхность планеты на тросах – приближался к марсианской поверхности.

Curiosity, вероятно, не начнёт своё путешествие в первые несколько недель, и пройдёт несколько месяцев, прежде чем он двинется к горе Шарп, говорят менеджеры миссии.

Источник

Марсианская миссия НАСА Mars Science Lab благополучно произвела приземление у подножья высокой горы Шарп, расположенной внутри гигантского кратера Гейл.

Пугающие учёных и наземных диспетчеров «семь минут ужаса» при входе в атмосферу Красной планеты прошли на удивление гладко, к большому облегчению сотрудников НАСА.

Экспедиция Mars Science Lab, также известная как Curiosity, находилась в космосе более восьми месяцев, пройдя около 572 миллионов километров, прежде чем влететь в марсианскую атмосферу на скорости более чем в 21000 км/ч к запланированному времени - 9:24 по Москве (5:24 GMT) сегодня, в понедельник 6 августа.

Curiosity, проходя через атмосферу, раскрыл свой парашют, использовал реактивное устройство торможения и никогда ранее не применявшийся «воздушный кран», и наконец достиг своей цели – кратера Гейл, расположенного неподалёку от экватора планеты, в 9:31 по Москве (5:31 GMT).

Curiosity должен провести два года, исследуя котлован и необычный 3-километровый холм, который похож на отложения, поднявшиеся со дна кратера. Цель проекта стоимостью в 2,5 миллиарда долларов – искать места, где могла бы зародиться жизнь.

Источник

Китайские учёные создали первый в мире маршрутизатор, который может передавать информацию в квантовых единицах, называемых кубитами. Это серьёзный шаг к созданию принципиально новых квантовых компьютеров. В основе изобретения лежит свойство квантовой запутанности, когда наименьшие единицы хранения информации – в данном случае кубиты связаны между собой. В такой системе изменение состояния одного кубита по цепочке изменяет последующие. Информация в квантовых системах закодирована в поляризации фотонов.   Китайские учёные создали первый в мире маршрутизатор, который может передавать информацию в квантовых единицах, называемых кубитами. Это серьёзный шаг к созданию принципиально новых квантовых компьютеров. В основе изобретения лежит свойство квантовой запутанности, когда наименьшие единицы хранения информации – в данном случае кубиты связаны между собой. В такой системе изменение состояния одного кубита по цепочке изменяет последующие. Информация в квантовых системах закодирована в поляризации фотонов. Если в обычном компьютере единица информации может кодировать только одно значение — «единица» или «ноль», то фотон может нести оба значения одновременно, имея сразу и горизонтальную, и вертикальную поляризацию. Принципиальная разница существует и между устройствами передачи классической цифровой и квантовой информации. Обычный маршрутизатор (роутер) считывает данные, преобразует их в управляющий сигнал и отправляет его в нужном направлении. Но в квантовом мире при считывании сигнал фактически разрушается, поэтому обычная конструкция маршрутизатора здесь не подходит. Так, если необходимо передать информацию одному адресату, никаких проблем не возникает. Но если адресатов много, и нужно передавать фотоны выборочно по определённым маршрутам, не ясно, как определить место назначения, не считывая пересылаемую информацию. Устройство, созданное специалистами из университета Цинхуа (Tsinghua University) в Пекине, представляет собой простую систему зеркал, передающих кубиты по разным направлениям в зависимости от их поляризации. Для начала учёные преобразуют посылаемый фотон в пару запутанных фотонов с более низкой энергией (процесс спонтанного параметрического рассеяния). Обе частицы при этом находятся в суперпозиции поляризованных состояний. Маршрутизатор использует данные о поляризации одного из фотонов как контрольную метку, чтобы направить второй фотон в нужном направлении. Для этого физики использовали четвертьволновые и полуволновые фазовые пластины, которые изменяют поляризацию частиц, когда они достигают зеркал. Так как любой квантовый процесс является вероятностным, учёным пришлось проверить характеристики устройства и убедиться в том, что фотоны, проходя через роутер, остаются запутанными. К сожалению, роутер китайских учёных имеет существенное ограничение. Единовременно он может передавать только один кубит (фотон). Принцип работы не позволяет расширить производительность, а значит, это устройство хоть и представляет интерес как экспериментальная проверка концепции, но никогда не ляжет в основу будущих квантовых компьютеров и глобальных информационных сетей нового поколения. При этом у специалистов нет сомнений, что скоро мы узнаем о новых разработках в этой области и квантовый Интернет рано или поздно ворвётся в нашу жизнь. Ознакомиться с работой китайских учёных можно на сайте препринтов arXiv.org, а также в дальнейшем в журнале Physical Review Letters.
Источник

Схематическое изображение принципа работы системы контроля "случайного" лазера. (кликните картинку для увеличения)

Согласно результатам компьютерного моделирования, новая методика, предложенная французскими учеными, позволяет контролировать длину волны излучения так называемого «некогерентного случайного лазера» - источника света особого типа, который ранее, как казалось, не поддавался никакому контролю. Преимущество «случайного лазера» заключается в том, что ему не требуются для нормальной работы, специально созданные зеркала. Однако испускаемый свет содержит волны множества цветов, распространяемые в случайном направлении. Новая методика, предложенная исследовательской группой, использует обратную связь для настройки профиля такого источника. Таким образом, работа может привести к созданию настраиваемых лазеров, излучающих, в том числе, и на длинах волн, не доступных обычным лазерам.

Обычный лазер состоит из двух параллельных друг другу отражающих поверхностей (резонаторов) и специальной среды, осуществляющей усиление оптического излучения при прохождении волны между резонаторами. В «случайном» лазере вместо резонатора свет рассеивается множеством находящихся в среде нанообъектов, например, наночастицами оксида цинка. При оптической накачке среда испускает свет на многих длинах волн и в различных направлениях. Но, поскольку в «случайном» лазере конструктивно нет чувствительного к температуре и вибрациям оптического резонатора, потенциально он дешевле и надежнее, чем обычный лазер. Кроме того, частота его излучения может регулироваться в широком диапазоне длин волн.

Хотя предсказан теоретически «случайный» лазер был еще в 1960-х годах, впервые воплотить его в жизнь ученые смогли лишь около 10 лет назад. И одна из основных проблем, с которыми столкнулись ученые при изучении такого источника света – контроль испускаемой длины волны. Оптическая накачка при малой мощности действительно позволяет получить только одну длину волны, но она не может быть изменена или «выбрана» заранее.

В своей последней работе группа ученых из Institute of Industrial Physics and Chemistry (ESPCI ParisTech, Франция) предложила решение этой проблемы. Исследователи предложили систему, которая позволяет контролировать длину волны «случайного» лазера и подтвердили ее работоспособность компьютерным моделированием. Подробные результаты работы ученых были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Для простоты модели ученые использовали одномерный лазер, однако, по их мнению, двумерный и трехмерный должны работать по тем же принципам. В предложенной модели лазер состоит из 161 генерирующего излучение слоя различной толщины (около 100 нм), между которыми находятся воздушные зазоры (200 нм шириной). Оптическая накачка среды осуществляется в направлении, перпендикулярном главной оси лазера, причем, излучение накачки проходит через так называемый пространственный модулятор света, прежде чем воздействовать на среду. Пространственный модулятор позволяет программировать профиль световой волны, выбирая интенсивность для каждой частоты и области пространства (аналогичное устройство используется в LCD-проекторах). Для выбора нужного профиля модулятор получает информацию о выходном пучке лазера, корректируя параметры накачки для получения нужного результата.

Идея системы основана на том, что «случайный» лазер имеет множество областей со своими режимами работы (под режимом понимается способность усиливать свет определенной длины волны). При определенных условиях эти режимы одинаковы для всего объема среды, но во всех остальных случаях – области формируют внутри лазера сложные узоры. Эксперименты показали, что если накачка задействует только часть среды, итоговый световой поток будет содержать только вклад от этой части. А работа исследователей из Франции показывает, как выбирать один режим в самом начале.

Команда надеется, что в будущем предложенная ими технология позволит не создавать под каждую задачу свой сложный лазер, а настраивать «универсальный случайный» лазер под текущие условия. Кроме того, случайный лазер может стать источником ультрафиолетового когерентного излучения (для которого ученые до сих пор так и не смогли подобрать простых зеркал). 

Источник

Планетологи провели компьютерное моделирование с частичным испарением раскалённых суперземель, выяснив, что атмосферы таких экзопланет должны состоять из углекислого газа и испарённых горных пород, а также добавили, что если атмосфера такой планеты слегка остынет, то на ней, возможно, прольются кислотные дожди, и с неба посыпется галька.

Суперземли – это планеты, расположенные за пределами нашей Солнечной системы, масса которых больше массы Земли, но меньше массы Нептуна. К тому же, они обязательно должны состоять из горных пород, а не из газа. Особенности техник поиска таких планет позволяют обнаруживать в основном суперземли, которые вращаются очень близко к своим звёздам – на таких расстояниях, что горные породы на их поверхностях превращаются в пар.

Команда исследователей из Вашингтонского университета в своей новой работе рассматривала планеты, нагретые до температур от 270 до 1700 градусов Цельсия.

При температурах ниже 730 градусов Цельсия атмосфера одной из моделей содержала метан и аммиак, при действии на которые электрической искры могло произойти зарождение жизни.

Работа представлена в готовящемся к выпуску номере The Astrophysical Journal за 10 августа.

Источник

Первое, что приходит в голову, когда речь заходит о чёрной дыре, – ничто не может вернуться из чёрной дыры, и даже свет.

Тем не менее этот самый распространённый тезис учения о чёрных дырах был опровергнут теорией квантовой механики, объясняет теоретический физик Эдвард Виттен (Edward Witten) из Института перспективных исследований (Institute for Advanced Study) в Принстоне, Нью-Джерси, в своём очерке, опубликованном онлайн вчера, 2 августа, в журнале Science.

Знаменитый физик Стивен Хокинг отлично понимал, что на микроскопическом, квантовомеханическом уровне, частицы могут ускользнуть из гравитационной ловушки чёрной дыры. Он предсказал, что чёрные дыры будут самопроизвольно испускать частицы в процессе, который он назвал «излучением Хокинга». Таким образом, квантовая механика опровергает основополагающее утверждение во всех учениях о чёрных дырах – что ничто не может покинуть чёрную дыру.

Однако изучение микроскопических процессов в чёрных дырах сопряжено со значительными трудностями ввиду огромных размеров галактических центров и их значительной удалённости.

Статья Виттена является одной из пяти новых работ, появившихся на этой неделе в журнале Science, которые описывают современное научное понимание чёрных дыр.

Источник

Схема эксперимента, предложенного для измерения силы Казимира при широком диапазоне расстояний между металлическими поверхностями. (кликните картинку для увеличения)

Последняя работа ученых из США показывает, каким образом может быть решена «загадка Казимира» - задача о том, как для двух реальных металлических объектов должна рассчитываться сила Казимира. По их мнению, правильный результат дает так называемая модель Друде, согласно которой к электронному газу в реальных металлах можно применить «классическую» кинетическую теорию газов, а не модель «плазмы». Понимание того, как решается эта задача, по мнению ученых, в будущем позволит разрабатывать механизмы масштабами несколько нанометров.

Существование силы Казимира было предсказано в 1948 году голландским физиком, утверждавшим, что она возникает между двумя идеально проводящими металлическими пластинами, размещенными параллельно друг другу в вакууме. Согласно постулатам квантовой механики, энергия электромагнитного поля в вакууме не равна нулю, а постоянно колеблется вокруг некого среднего значения. При этом между двумя металлическими пластинами, расположенными друг от друга на определенном расстоянии, будут «разрешены» только определенные длины волн, соответствующие условию резонанса. Работы Казимира доказывают, что давление электромагнитного поля за пределами пластин, как правило, несколько выше, чем между пластинами. Таким образом, на пластины действует результирующая сила притяжения друг к другу.

Сила эта была настолько маленькой, что впервые зафиксировать ее на эксперименте смогли только в 1997 году. Хотя это было первое и достаточно существенное экспериментальное продвижение в теории Казимира, до сих пор было не понятно, как эта сила должна рассчитываться для реальных объектов.

Хотя сила Казимира был измерена на практике между двумя золотыми пластинами, проблема заключалась в том, что золото не является идеальным проводником. Это означает, что электромагнитное поле может проникать вглубь проводника на определенное (конечное) расстояние. Таким образом, при теоретическом расчете такой силы необходимо учитывать больший зазор между пластинами, чем если бы металл был идеальным проводником (и в результате будет получена меньшая сила).

Потенциально существует две теории, с помощью которых можно выполнить точные расчеты силы Казимира для реальных объектов при расстояниях между пластинами менее 1 мкм: плазменная модель и модель Друде. Первая рассматривает реальный металл – как облако свободных электронов, перемещающихся внутри кристаллической решетки, в узлах которой расположены положительно заряженные ионы. Вторая представляет электроны, как электронный газ из твердых сфер, к которому можно применить кинетическую теорию газов. Для небольших расстояний обе теории дают одинаковые результаты. Но на расстояниях, больших 1 мкм, результаты отличаются. До сих пор ученые не могли построить эксперимент, который измерял бы силу Казимира при достаточно широком диапазоне расстояний, чтобы принять решение, какая модель дает правильный результат.

Для решения этой задачи группа ученых из Yale University (США), которая ранее участвовала в построении первого эксперимента по измерению силы Казимира, разработала способ измерений, пригодный для расстояний от 100 нм до 2 мкм.

Хотя первоначально теория Казимира была сформулирована для параллельных пластин, на практике было решено от них отказаться (т.к. при таких масштабах оказалось достаточно сложно позиционировать пластины параллельно друг другу). Еще в 1997 году было предложено использовать для измерения силы Казимира металлический шар, разменный около пластины. В текущем эксперименте ученые рассматривали силу, возникающую между золотым покрытием сферы радиусом 4 мм и тонкой (несколько сотен нанометров толщиной) мембраны из нитридакремния (также покрытой золотом, причем толщина покрытия составляла 200 нм). Мембрана была «натянута» на рамке из кремния и вибрировала под действием пьезоэлектрического привода. Для проведения измерений сфера позиционировалась над поверхностью с точностью до 1 мкм, а при помощи оптоволоконного интерферометр контролировались изменения в частоте колебаний мембраны (на которую оказывала влияние измеряемая сила Казимира).

Измерения на широком диапазоне расстояний между сферой и мембраной показали, что поведение силы Казимира в реальных металлах лучше всего описывается теорией Друде. Также было обнаружено, что на измерения оказывает влияние потенциал поверхности. Подробные результаты работы были опубликованы в журнале Physical Review Letters. 
Источник

Воспользовавшись удачным расположением космических аппаратов миссии Cluster, учёные обнаружили и охарактеризовали так называемые "нижнегибридные дрейфовые волны", специальный тип плазменных волн, который наблюдается в тонких границах, отделяющих друг от друга относительно однородные участки плазмы, как в космосе, так и в лаборатории.

Измерение основных параметров этих волн стало возможным, когда два из космических аппаратов миссии пролетали очень близко друг к другу в геомагнитном хвосте – длинном, вытянутом окончании земной магнитосферы, простирающемся в направлении от Солнца.

Зарегистрированные волны, длина которых, как выяснилось, составила около 60 километров, по всей вероятности, играют важную роль в динамике электронов и передаче энергии между различными слоями плазмы в магнитосфере. Если плазма становится настолько разреженной, что взаимодействия частиц с переносом массы становятся невозможны, то обмен энергией начинает осуществляться при участии нижнегибридных дрейфовых волн, по словам учёных.

Исследование опубликовано 31 июля 2012 г. в журнале Physical Review Letters.

Источник

Схематическое изображение выброса вещества от черной дыры в межзвездное пространство. (кликните картинку для увеличения)

Стандартная космологическая теория с высокой точностью предсказывает количество водорода и гелия, возникшего сразу же после Большого Взрыва. Но аналогичные расчеты для лития на первый взгляд кажутся завышенными. Правда, последние работы ученых из Швеции и Германии показывают, что это только половина «литиевой» загадки Вселенной. Теоретические расчеты предсказывают, что вещество, окружающее черные дыры, может быть достаточно горячим для запуска реакции ядерного синтеза, продуктом которой является литий. Если расчеты будут подтверждены наблюдениями, новая теория сделает еще более сложным объяснение того, куда исчезает весь произведенный во Вселенной литий. Таким образом, открытие увеличивает список тайн Вселенной, в которые ученым только предстоит проникнуть.

Проблема лития волнует исследователей Вселенной на протяжении последних трех десятилетий. Спектры наиболее древних звезд нашей галактики показывают присутствие изотопа лития-7, концентрация которого слабо меняется от светила к светилу, несмотря на то, что концентрация других тяжелых элементов существенно разнится. Некоторые ученые объясняли этот факт тем, что литий-7 в звездах имеет один и тот же источник происхождения – ядерный синтез, начавшийся через несколько минут после Большого Взрыва. Эта теория была бы весьма правдоподобна, если бы не одно но. Теория Большого Взрыва с достаточно высокой точностью предсказывает содержание дейтерия, гелия-3 и гелия-4, но ожидаемое количество лития-7 почти вдвое превышает наблюдаемое. Поэтому научный мир искал процессы, которые могли бы расходовать избыток лития в ранней Вселенной.

Однако более свежие данные показывают несколько иную картину. Астрономы обнаружили, что в некоторых наиболее медленно формирующихся звездах содержится гораздо меньше лития-7. Причем, по мнению некоторых астрофизиков, это различие появилось на раннем этапе формирования звезд. И лишь потом некие другие источники лития-7 «уравняли» количество этого изотопа в звездах в результате некоторых неизвестных процессов. Для подтверждения новой теории, которая может полностью перевернуть наши представления об эволюции звезд, необходимо было найти два класса процессов во Вселенной: процессы-источники лития и процессы-потребители, которые позволили бы объяснить в том числе и первоначальное расхождение с Теорией Большого Взрыва.

Новые данные в головоломку добавили ученые из Stockholm University (Швеция) и Technical University of Munich (Германия). Совместная исследовательская группа обнаружила новые источники потенциально большого количества лития-7 – микроквазары. Это рентгеновские источники, принадлежащие к двойным звездным системам. Вещество из звезд в такой системе вращается вокруг черной дыры, как вода вокруг слива в раковине. При определенных условиях в этом процессе формируется горячий тор из вещества: частицы ускоряются почти до скорости света и достигают 100 миллиардов градусов по шкале Кельвина. В таких условиях пары ядер гелия при столкновении рождают ядра лития-7, некоторые из которых в конечном итоге выбрасываются в космос вместе с другими частицами образовавшегося горячего тора.

Авторы новой теории считают, что если описанный механизм встречается хотя бы 1% черных дыр, он мог бы произвести столько же лития-7, сколько, согласно Теории Большого Взрыва, появилось в начале развития Вселенной. Однако для того, чтобы делать какие-то выводы, необходимо провести масштабные наблюдения.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters. 
Источник

Новый взгляд на атомное ядро, объединяющий особенности его поведения как жидкости и как молекулы, был предложен командой из Института ядерной физики Орсе (Institut de Physique Nucléaire d"Orsay) и из CEA (Комитет по атомной энергетике Франции) в сотрудничестве с Загребским университетом. Воспользовавшись аналогией с нейтронными звёздами, исследователи впервые продемонстрировали одно из необходимых условий для «молекулоподобного» поведения внутри атомного ядра. Такое молекулоподобное поведение даёт возможность понять, как во Вселенной происходит синтез элементов, необходимых для возникновения жизни.

При рассмотрении ядер атомов физики пользуются двумя разными подходами: они или рассматривают ядро как молекулу, или кластер, или же как каплю квантовой жидкости.

В новом исследовании учёные объединили оба этих взгляда, сравнив атомное ядро с нейтронной звездой, в которой переход от внешних слоёв к внутреннему ядру сопровождается изменением структуры вещества от кристаллического к жидкому. Так же, по словам учёных, происходит и с атомным ядром – более лёгкие ядра, в которых содержится лишь небольшое количество нейтронов и протонов, могут демонстрировать молекулоподобное поведение, в то время как гигантские ядра представляют собой идеальный кристалл, а жидкие состояния, соответственно, являются промежуточным случаем.

Работа опубликована в выпуске журнала Nature за 19 июля.

Источник

Космические лучи продолжают ставить учёных в тупик, даже спустя столетие после того, как эти высокоскоростные частицы были впервые обнаружены.

Австрийский учёный Виктор Гесс первым показал существование космических лучей во время своего знаменитого полёта на аэростате 7 августа 1912 г. Теперь, 100 лет спустя, учёным стало известно многое об этих высокоэнергетических частицах, постоянно бомбардирующих Землю из открытого космоса. Но самые важные вопросы до сих пор остаются невыясненными, такие как например где именно возникают эти лучи.

Кроме того, учёные до сих пор не могут понять, какие космические явления разгоняют лучи до невероятных скоростей.

Германский исследовательский центр DESY («Немецкий Электронный Синхротрон») собирается организовать симпозиум, чтобы отметить 100-летнюю годовщину со дня открытия космических лучей. С 6 по 8 августа учёные со всего мира соберутся в коммуне Бад-Заров на земле Бранденбург, где Гесс приземлился на своём аэростате столетие назад.

Источник

Эта чудесная спиральная галактика выглядит совершенно умиротворённой, раскинув свои белые и голубые спиральные рукава, которые выглядят так, словно в них может таиться несчётное количество звёздных систем, подобных нашей. Но за последние 30 лет в NGC 1187 произошли два взрыва сверхновых, вероятнее всего, в результате гибели массивной звезды или белого карлика из двойной звёздной системы. Астрономы внимательно следят за этой галактикой в ожидании новых мощных выбросов энергии.

Этот изумительный новый снимок NGC 1187 был сделан «Очень большим телескопом» (Very Large Telescope) Европейского космического агентства, и представляет собой самое подробное на сегодняшний день изображение этой галактики. Её впечатляющая спираль лежит на расстоянии приблизительно в 60 миллионов световых лет от нас в созвездии Эридана.

Вокруг NGC 1187 можно рассмотреть также много других, намного менее ярких и удалённых от нас намного дальше галактик. Красное свечение некоторых из них даже пробивается сквозь диск самой NGC 1187. Их премущественно красноватый оттенок контрастирует с бледно-голубыми звёздными скоплениями галактик, лежащих намного ближе к нам.

Эти данные были получены с использованием инструмента FORSI, установленного на «Очень большом телескопе» ЕКА, расположенном в Паранальской обсерватории в Чили.

Источник

Команда технического университета Дрездена под руководством профессора Кристиана Шроера (Christian Schroer) продемонстрировала новый сканирующий микроскоп рентгеновского типа в научном комплексе PETRA III немецкого исследовательского центра DESY. Он уже доступен для практического применения и позволяет достичь рекордного для инструментов данного типа разрешения в 10 нм.

Вместо традиционных схем получения изображения, данный микроскоп использует методику под названием «птихография», суть которой в сочетании множества дифракционных картин, возникающих при прохождении тонкого (около 30 нм) пучка рентгеновских лучей над образцом. Такой приём позволяет преодолеть ограничения разрешающей способности обычной микроскопии – дифракционный предел (около 200 нм). 

Часть рентгеновского микроскопа (фото: DESY/H. Mueller-Elsner)

«Немецкий электронный синхротрон» DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) – один из крупнейших исследовательских центров в области физики элементарных частиц, основанный в конце 1959 года в Гамбурге.

Структура исследовательского центра DESY

За прошедшие полвека в DESY неоднократно проводилась реструктуризация и обновление оборудования. С конца 1960-х были установлены модули нескольких ускорителей, самым современным из которых является позитронно-электронный кольцевой тандем PETRA III (Positron-Elektron-Tandem-Ring-Anlage). Данный источник высокой энергии синхротронного излучения выведен на проектную мощность в 2010 году. Он представляет собой ускоритель длиной 2304 м, на протяжении которого размещены 14 научных подразделений.

Схема расположения объектов на PETRA III. Работа с рентгеновским микроскопом ведётся на участке P06

В настоящее время в центре работают около двух тысяч сотрудников. Есть среди них и наши соотечественники. Например, системы контроля и управления ускорителями, а также программы визуализации данных разрабатываются командой, в состав которой входят российские программисты Виктор Соловьев и Юрий Нечаев, ранее работавшие в Институте физики высоких энергий в подмосковном Протвино. 

Если изначальной целью DESY были фундаментальные исследования в области физики, то в последние годы всё больше экспериментов носят прикладной характер. Многие современные работы в DESY связаны с разработкой новых материалов и методов исследования для нужд химии и биологии. Недавно созданный на базе синхротрона рентгеновский микроскоп можно рассматривать как пример междисциплинарной научно-практической интеграции.

Источник

Кометы и астероиды хранят в себе древние строительные блоки нашей Солнечной системы, и они должны помочь нам объяснить её происхождение. Но пока остаётся ещё много неразгаданных загадок. К примеру, как в ледяные кометы попадают частицы, которые образуются при высоких температурах, и каким образом вокруг этих жаростойких частиц формируются оболочки из вещества совершенно другого химического состава?

Астрофизик-теоретик Алан Босс (Alan Boss) и космический химик Александр Конел (Conel Alexander) из института наук Карнеги в Вашингтоне первыми смоделировали траектории таких частиц в нестабильном диске из газа и пыли, который представляла из себя миллиарды лет назад наша Солнечная система.

Учёные обнаружили, что эти жаростойкие частицы могли начать формироваться во внутренней, раскалённой части диска, после чего мигрировать к очень холодным внешним областям, и в конце концов быть включенными в состав ледяных комет. Их движения туда и обратно могут помочь объяснить также разнообразие химического состава наросшей на них массы материи для различных комет.

Таким образом учёными были разрешены сразу две научные проблемы: концепция нестабильного диска объясняет как крупномасштабное истечение жаростойких частиц к периферии Солнечной системы, так и специфический химический состав вещества вокруг этих частиц, полученного за время их продолжительных путешествий.

Работа была представлена в журнале Earth and Planetary Science Letters. 

Источник