Новости науки

В то время как астрономы продолжают искать новые внесолнечные планеты, акцент в изучении этих тел постепенно смещается с их размера в сторону строения.

Один из наиболее перспективных методов определения химического состава, предложенный в 2008 г., базируется на анализе изменений отражательной способности водных океанов при изменении угла между источником света (материнской звездой) и наблюдателем.

Однако у метода есть серьёзный недостаток — некоторые планеты с толстым слоем облаков способны воспроизводить похожие зеркальные эффекты.

Новая работа сталкивает нас с новыми трудностями, включая в рассмотрение характер распределения вещества на поверхности самой экзопланеты. В частности, вполне вероятно, что планеты без океанов в потенциально пригодных для жизни зонах, могут вносить значительный вклад в общую отражательную способность за счёт, скажем, полярных ледяных шапок (как Марс), всегда являющихся мощными зеркалами.

Авторы нового исследования делают вывод, что этот фактор может серьёзно сузить рамки применимости данного метода для анализа состава экзопланет. 

Источник

Астрономы давно подозревали, что интенсивное излучение и ветры, вызываемые гигантскими чёрными дырами, могут помешать формированию звёзд - и это подтверждает недавний анализ отдалённых галактик.

В центре большинства галактик, предположительно, находятся сверхмассивные чёрные дыры. Некоторые из этих «чёрных монстров», известные как «активные галактические ядра» (AGN), способны излучать больше энергии, чем вся наша галактика целиком.

Учёные долгое время считали, что излучение от таких центров, препятствует образованию звёзд вокруг них.

Результаты нового исследования, проводившегося в диапазоне от дальней инфракрасной области спектра до миллиметровых длин волн, вместе с данными по характерному для AGN рентгеновскому излучению показывают, что сверхмассивные чёрные дыры действительно подавляют звездообразование.

«Окружающий AGN газ поглощает колоссальные количества энергии, и это вызывает ветер, буквально «очищающий» галактику от материи, из которой могли бы сформироваться звёзды», - говорит ведущий автор исследования Мэтью Пейдж (Mathew Page) из Университетского колледжа Лондона. 

Исследования опубликованы в номере журнала Nature от 10 мая.
Источник

Китайские физики сумели телепортировать фотоны на 97 километров по открытому воздуху, что стало рекордом. Работа ученых пока не принята к публикации, но ее препринт доступен на сайте Корнельского университета, пишет Lenta.Ru.

Передачу запутанных фотонов производили при помощи лазера мощностью в 1,3 Ватта над озером, которое расположено на уровне 4000 километров над уровнем моря. Основной проблемой при передаче на такое расстояние является уширение луча, поэтому физики решили использовать дополнительный направляющий лазер, который помогал подстроить приемник и передатчик. Помимо уширения луча, потери фотонов были вызваны несовершенством оптики и турбулентностью воздуха.

Тем не менее, за 4 часа физикам удалось передать на расстояние в 97 километров около 1100 запутанных фотонов. При этом наблюдаемые потери были не слишком велики и исследователи надеются, что в скором времени квантовую телепортацию фотонов можно будет осуществлять между наземной станцией и коммуникационным спутником. Тем более, что расстояние, достигнутое физиками, всего в несколько раз меньше типичного расстояния между спутником и поверхностью Земли.

Схема передачи фотонов и карта местности

Квантовой телепортацией называется мгновенная передача информации между двумя пространственно разделенными точками без участия передающей среды. Этот процесс основан на квантовом феномене запутанности, когда состояния двух частиц оказываются связанными между собой, даже если они находятся на значительном расстоянии друг от друга. Изменяя состояние одной из частиц, можно мгновенно изменить состояние другой, что может стать основой канала передачи информации.

Ученые проводили передачу запутанных фотонов и раньше, но до сих пор она была сильно ограничена по дальности. Передачу фотонов по оптоволокну удавалось осуществить на расстояние не более километра, из-за того, что частицы взаимодействовали со средой распространения (стеклом) и теряли свои квантовые свойства. Передача по воздуху оказалась гораздо более эффективной.

Теоретически технология передачи запутанных фотонов на большое расстояние может стать основой для создания каналов связи, надежно защищенных от перехвата информации. При квантовой телепортации информация не передается в среде, и поэтому теоретически не может быть перехвачена. В качестве альтернативы передаче запутанных фотонов, физики рассматривают передачу одиночных фотонов, перехват которых станет сразу заметен принимающей стороне.

Источник

Раскинувшиеся по Марсу песчаные дюны, ранее считавшиеся древними и неизменяющимися, оказались довольно-так активными, как подсказывают недавние наблюдения со спутника.

Используя современные оптические изображения, полученные с камеры высокого разрешения, установленной на Марсианском разведывательном спутнике (Mars Reconnaissance Orbiter) НАСА, учёные смогли отследить горизонтальные и вертикальные перемещения песка с течением времени с невероятными подробностями. 

Планетарный геолог Натан Бриджез (Nathan Bridges) из Университета Джона Хопкинса и его команда, изучая песчаные горы Нили Патера (Nili Patera), к северу от Марсианского экватора, обнаружили, что те сместились за время исследования на расстояние до 4.5 м. 

Кроме того, хотя долгое время считалось, что в марсианской атмосфере не случаются песчаные бури, исследователи уверяют нас, что это не так. Сильные вихри необходимы лишь для иницирования отрыва песчинок от поверхности дюн, а для дальнейшего движения достаточно в 10 раз менее сильного ветра.

Таким образом, учёные пришли к выводу, что марсианские дюны куда более динамичны , чем предполагалось ранее. 

Исследование появится в ближайшем выпуске журнала Nature.
Источник

«Гамма-линзы» будут изготавливаться из тяжёлых материалов вроде золота (иллюстрация Institut Laue–Langevin).

Трое физиков из Института квантовой оптики им. Макса Планка (Германия) иИнститута Лауэ — Ланжевена (Франция) провели серию опытов, доказавших, что линзы, выполненные из материалов с большим зарядом ядра, вполне могут работать с гамма-излучением.

Параметры фокусирующей линзы, как известно, определяются величиной показателя преломления nтого материала, из которого она изготовлена. Сам показатель при этом традиционно представляется в виде комплексного числа n(E) = 1 + δ(E) + iβ(E), где δотвечает за собственно преломление, а β— за поглощение излучения. Такая запись даёт понять, что действительная и мнимая части nимеют зависимость от энергии излучения E.

Чтобы получить линзу с приемлемым фокусным расстоянием, необходимо добиться того, чтобы слагаемое δ(E) заметно отличалось от нуля. При работе в привычном оптическом диапазоне никаких проблем здесь не возникает, но с увеличением энергии и переходом в рентгеновскую область δначинает очень быстро падать по закону δ∝ 1/E². Для создания фокусирующей оптики на высоких энергиях учёным приходится увеличивать количество линз (в случае жёстких рентгеновских лучей число устанавливаемых последовательно линз, к примеру, измеряется несколькими сотнями). В гамма-диапазоне это очевидное решение уже не приносит результата, поскольку требуемый огромный набор линз будет поглощать практически всё падающее излучение.

Последний вывод основывается на предположении о том, что тенденцияδ∝ 1/E²сохраняется на энергиях свыше ~200 кэВ — значения, до которого ранее добирались экспериментаторы при измерении δ. Германо-французская группа проверила это предположение на практике, выполнив опыты с кремниевым образцом на энергиях в 0,18–2 МэВ.

Результаты экспериментов оказались совершенно неожиданными: на ~0,7 МэВ слагаемое δпоменяло знак, вследствие чего показатель nпревысил единицу. По мнению физиков, это может объясняться тем, что основной вклад в величину δна энергиях, исчисляющихся мегаэлектронвольтами, даёт уже не рэлеевское рассеяние, к которому относится зависимость δ∝ 1/E², а дельбрюковское рассеяниефотонов на кулоновском поле атомных ядер.

Если такая трактовка верна, в ближайшем будущем специалистам придётся выделить новое направление оптики — гамма-оптику. У кремния измеренное значение δневелико (~10^–9), но у материалов с бóльшим зарядом ядра оно, согласно расчётам, резко возрастает: на ~1 МэВ у золота δдолжно доходить до ~10^–5. В настоящее время авторы занимаются изготовлением небольших двояковыпуклых золотых «гамма-линз» с ожидаемым фокусным расстоянием в 3 м.

Отчёт об экспериментах с кремнием будет опубликован в журналеPhysical Review Letters; препринтстатьи можно загрузить с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.

Источник

Изображения в газообразном рубидии. Иллюстрация с сайта NIST

Ученые впервые сохранили в облаке газа своего рода фильм - последовательность из двух изображений. По словам исследователей, подобная газовая память может служить прототипом запоминающих устройств для квантового компьютера. Статья ученых пока появится в журнале Optics Express, а ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

Объектом исследования выступало облако газообразного рубидия. Под воздействием магнитного поля энергетические уровни электронов в атоме расщепляются - это означает, что атом способен поглощать фотоны с энергиями, которые обычно не "ловит". После того, как магнитное поле выключают, атомы соответствующие фотоны испускают.

По словам ученых, подобный метод хранения изображений является "довольно интересным". В частности, они отмечают, что фотоны хранятся в газе десятки микросекунд, а доля восстановленной после выключения магнитного поля информации достигает 90 процентов (из-за броуновского движения местоположение атомов смещается и картинка "расплывается").

Ранее эту технологию удавалось применить, чтобы сохранить в облаке газа одно изображение, однако теперь ученым удалось сохранить последовательность из двух. В качестве тестовых изображений выступали буквы N и T. Для воспроизведения использовалась сверхбыстрая камера, снимающая по одному кадру в 100 наносекунд.

Источник

Новый взгляд на давнее извержение вулкана на Марсе предполагает, что миллиарды лет назад Красная планета была куда больше похожа на Землю, с обильными запасами воды на поверхности и довольно-таки толстым атмосферным слоем.

Исследование началось с обломка породы, выброшенного в атмосферу Марса извержением вулкана примерно 3,5 миллиарда лет назад и создавшего при падении воронку. 

Учёные сымитировали такие воронки, бомбардируя для этого частицами подстилки трёх типов: сухие, слегка влажные и насыщенные. Оказалось, что независимо от состава частиц, в насыщенных подстилках вмятины всегда получались идентичными марсианским. Кроме того, команда определила, что скорость частиц должна составлять около 144 км/ч.

Исследователи уверяют, что для достижения частицами такой скорости атмосфера Марса должна была быть как минимум в 20 раз плотнее, чем теперь. 

“Наши результаты согласуются с набирающим силу представлением о том, что ранее на Марсе в большом количестве присутствовала вода, и атмосфера была намного толще”, - говорит ведущий автор исследования Жозеф Дуфек (Josef Dufek) из Технологического института Джорджии.

Дуфек и его коллеги недавно опубликовали свои выводы в журнале «Geophysical Research Letters». 

Источник

Свет с далёкой суперземли, в два раза большей нашей с вами планеты, был зафиксирован космическим телескопом НАСА впервые - до сегодняшнего момента учёным ещё не удавалось заметить инфракрасное излучение ни с одного такого небесного тела.

Космический телескоп Спитцера обнаружил лучи, исходящие от внесолнечной планеты 55 Рака е (55 Cancri e), по диаметру примерно в два раза большей, чем Земля, которая вращается вокруг звезды, удалённой от нас на расстояние в 41 световой год. 

Исследования показали, что 55 Рака е на одну пятую состоит из летучих элементов, но колоссальные температуры и давления создают на планете так называемое сверхкритическое флюидное состояние — в общих чертах это промежуточное состояние между жидкостью и газом. Кроме того, эта суперземля постепенно вытекает в космос. В целом планета, видимо, представляет собой каменистое тело, покрытое водой в сверхкритическом флюидном состоянии и окутанное облаком пара. 

«Он похож на Нептун, если тот подтащить поближе к Солнцу», - говорит ведущий исследователь проекта Майкл Гиллан (Michaël Gillon) из университета Льеж, Бельгия.

Иследование подробно описывается в «Astrophysical Journal»

Источник

В Норвегии инновационные исследования в области ядерной физики, проведенные учеными из Университета Осло, могут дать предположительное объяснение появления во Вселенной тяжелых элементов.

Ведь при Большом Взрывы образовались лишь легкие элементы, такие как водород и гелий, и физиков интересовало, как появились другие элементы. В 1957 году американские ученые предположили, что они появились в ходе ядерных реакций внутри звезд.

Астрофизики уверены, что половина элементов тяжелее железа была сформирована в ходе гигантский взрывов звезд, известных как сверхновые. И у ученых была одна маленькая загвоздка – они не могли создать компьютерную модель сверхновой, передает журнал Science Daily.

“Этот тип звезд очень сложный. Нам не удавалось создать реалистичные компьютерные модели взрыва сверхновых. Но наши исследования показывают, что достичь взрыва и появления новых химических элементов не такая уж сложная задача. Расчеты показывают, что ядерные реакции в сверхновых. Сначала начинается горение гелия, которое преобразует его в углерод и кислород. Когда сгорает гелий, начинается горение углерода и кислорода. Таким образом образуются все более тяжелые элементы”, – рассказала Анн-Сесиль Ларсен.

По ее словам, легко это представить на примере Солнца, если счесть его луковицей – где каждый слой – это более тяжелые элементы, а самые тяжелые – в ядре. Однако умирающая звезда не в состоянии производить более тяжелых элементов, чем железо. Но когда ядро превращается в железо, внутреннее напряжение растет и в конечном итоге достигает той точки, когда звезда взрывается. И именно в ходе этого взрыва образуются более тяжелые элементы.

Норвежские физики решили измерить энергию железа и молибдена, и их данные способны изменить понимание взрывов сверхновых. Все эксперименты проводились в лаборатории UIO, где физики-ядерщики могут следить за всем тем, что происходит, когда атомные ядра сталкиваются друг с другом на очень высоких скоростях.

“Наши эксперименты показали, что если ядро атома меняет свои характеристики, это может коренным образом изменить всю картину формирования других элементов. Была проблема – точное моделирование того, что происходит при ядерной реакции, ведь при взрыве сверхновой на короткое время высвобождается такое количество изотопов, которые пока никто не может измерить и описать”, – добавила Ларсен.

“В считанные секунды образуется множество экзотических атомов, которые не существуют на Земле, и которые быстро превращаются в стабильные тяжелые элементы”, – заключила ученая.

Источник

В туманности Карина (Киль) обнаружены необычные сгустки, часть из которых можно увидеть в правом верхнем углу изображения. Лучше всего для их описания подходит термин «испаряющиеся». Звёздные ветры и излучение с близлежащих звёзд рассеивают тёмные частицы пыли, которые мешают разглядеть причудливые формы этих уплотнений.

По иронии судьбы сгустки, которые на самом деле являются тёмными молекулярными облаками, часто склонны создавать внутри себя звёзды, которые в будущем могут стать причиной их уничтожения.

Проплывающие на рисунке величавые космические горы, сфотографированные при помощи телескопа «Хаббл», простираются на расстояние в несколько световых месяцев. Великая туманность внутри самой туманности Карина простирается примерно на 30 световых лет, лежит на расстоянии примерно в 7500 световых лет, и её можно рассмотреть при помощи небольшого телескопа, если направить его в сторону созвездия Киль (Карина).

Источник

Дзета-функция на комплексной плоскости

Физикам из Великобритании удалось применить дзета-функцию Римана - один из важнейших инструментов теории чисел - для описания замерзания неупорядоченных систем (например, стекол). Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится на сайте Американского физического общества.

Дзета-функция, представляющая собой некий, зависящий от параметра, ряд, была впервые введена в работах Леонарда Эйлера в XVIII веке. В дальнейшем эта функция изучалась Иоганном Дирихле, Пафнутием Чебышевым, но самые интересные для приложений свойства этого объекта были открыты Георгом Риманом, в честь которого она и получила свое название. Эта функция, в частности, тесно связана с распределением простых чисел на числовой прямой, поэтому, в частности, в связи с бурным развитием криптографии, этот объект привлекает пристальное внимание ученых.

В рамках новой работы ученым удалось с помощью численного моделирования и формул (то есть аналитически) связать поведение неупорядоченных систем с экстремальными значениями на отрезках так называемой критической прямой. По словам исследователей, несмотря на то, что практическое применение их работы, вообще говоря, сомнительно, их результат призван установить взаимосвязь между классическими математическими задачами и конкретными физическими приложениями.

С дзета-функцией связана гипотеза Римана - одна из семи так называемых Задач тысячелетия, за решение каждой из которых математический институт Клэя предлагает награду в миллион долларов (одна из задач - доказательство гипотезы Пуанкаре - была решена Григорием Перельманом, но он отказался от награды). Суть гипотезы заключается в том, что все точки, в которых дзета-функция обращается в ноль, в правой полуплоскости лежат на одной прямой, называемой критической (эта же прямая фигурировала в работе физиков.

Источник

Устройство, созданное в Joint Quantum Institute (JQI), совместном институте NIST и Мэрилендского университета, осуществляет переключение светового луча всего за 120 пикосекунд и расходует на это около 60 аттоджоулей энергии (90×1018 Дж). С учетом используемой длины волны 921 нм (близкий инфракрасный диапазон) это составляет примерно 140 фотонов.

В отличие от известных ранее полностью оптических коммутаторов, требовавших высокой входной мощности и объемных нелинейных кристаллов, новая разработка использует единственную квантовую точку и потребляет значительно меньше энергии. Лучший из известных аналогов, продемонстрированный два года назад в Японии, расходует на коммутацию в пять раз больше, чем устройство JQI, но при этом не требует охлаждения до 40°К, как последнее, и работает при комнатной температуре.

Создан оптический коммутатор, управляемый шестью фотонами

Квантовая точка (нанометровый «сэндвич» из индия и мышьяка) находится внутри небольшой резонансной полости. Когда свет проходит по близлежащему волноводу часть него попадает в полость, где взаимодействует с квантовой точкой. Это взаимодействие и изменяет характеристики волновода, осуществляя коммутацию. Хотя для выполнения такого действия в волноводе должны находиться 140 фотонов, непосредственно для модуляции квантовой точки требуется всего 6 из них.

По словам сотрудника JQI Раноджоя Бозе (Ranojoy Bose) конструкция из квантовой точки и волновода пока не может использоваться в качестве «оптического транзистора» для модулирования луча света слабыми управляющими импульсами. Тем не менее, она представляет большой шаг на пути создания практически применимого сверхбыстрого и экономичного внутричипового маршрутизатора сигналов.

Источник

Иногда называемые несостоявшимися звёздами, коричневые карлики занимают промежуточное положение между звездой и планетой. Слишком массивный, чтобы быть «всего лишь» планетой, коричневый карлик — это средний ребёнок в семействе космических объектов. Так откуда же взялись коричневые карлики?

Согласно исследованиям Шантану Басу (Shantanu Basu) из университета Западного Онтарио и Эдуарда Воробьёва из Венского университета, Австрия, и Российского федерального южного университета, коричневые карлики могли быть вытолкнуты из протозвёздного диска во время его формирования.

Басу и Воробьёв смоделировали динамику развития протозвёздных дисков — облаков газа и пыли, сформировавших «настоящие» звёзды. И они выяснили, что диски с легкостью могли выбрасывать большие порции материи, при этом всё же оставаясь способным в конце концов сформировать звезду.

Затем выброшенные сгустки уплотнялись, превращаясь в объект большой массы, впрочем недостаточной для начала термоядерной реакции. И вместо того, чтобы стать звёздами, они превращались в коричневых карликов.

Эта научная работа была принята 1 марта в “The Astrophysical Journal”. 
Источник

Астрономы обнаружили 4 близлежащих белых карлика, окружённых дисками из вещества, которое может быть останками скалистой планеты наподобие Земли, а одна звезда, в частности, была замечена за поеданием остатков ядра планеты земного типа.

Исследователи из университета Уорвика при помощи телескопа «Хаббл» определили состав атмосфер четырёх белых карликов, расположенных на расстоянии 100 световых лет от Солнца, и обнаружили, что их состав включает элементы, из которых на 93% состоит наша с вами планета.

Учёные предположили, что планеты, находившись некогда на спокойных, устойчивых орбитах, по завершении жизненного цикла звёзд, сопровождающегося расширением последних, были поглощены, а орбиты более отдалённых планет — нарушены. Поэтому члены исследовательской группы не исключают, что Солнечную систему может постичь та же участь в ближайшие 4-5 миллиардов лет.

Один из исследованных белых карликов, помеченный как PG0843+516, возможно, до сих пор активно поглощает остатки экзопланеты земного типа. 

Таков пугающий взгляд в далёкое будущее — когда, может статься, Земля и ближайшие к ней планеты превратятся в облако космической пыли... 

Источник

На рисунке изображена область, окружающая отражательную туманность Месьер 78, прямо к Северу от пояса Ориона. Здесь можно рассмотреть облака космической пыли, продетые сквозь туманность, словно жемчужная нить.

На Земле пыль выглядит достаточно банально. Но в космосе пыль может быть прекрасна, особенно когда она отражает звёздный свет, более того — просто чарующей, если у вас есть возможность наблюдать её отражение в разных диапазонах длин волн. Здесь, в NGS 2068, также называемой «Месьер 78», этот ослепительный вид в субмиллиметровом диапазоне, полученный с телескопа «Атакамский следопыт» (Atacama Pathfinder Experiment, APEX), демонстрирует сверкание пылинок в межзвёздном пространстве, указывающее путь к местам зарождения новых звёзд. Наблюдения APEX обнаружили слабое мерцание плотных холодных облаков пыли, некоторые из которых даже холоднее -250°С.

Наблюдения обнаружили истечение газа из некоторых облаков с высокой скоростью. Эти струи тянутся от молодых звёзд и возникают во время их формирования. из окружающего облака. Поэтому их наличие свидетельствует о том, что в облаках происходят непрерывные процессы звёздообразования. 

Подчас бывает трудно рассмотреть прекрасное даже в самом искусном творении, а другой раз — взглянешь на обычную пыль — и видишь первозданную красоту природы.

Источник

Увеличивающаяся коллекция галактик и звёздных скоплений, окружающих наш Млечный путь, бросает вызов устоявшимся теориям о существовании тёмной материи - невидимой субстанции, предположительно наполняющей Вселенную. Учёные из Боннского университета утверждают, что их новая модель исключает присутствие тёмной материи в космосе, расшатывая один из краеугольных камней современной комологической теории.

Система галактик-спутников и звёздных скоплений вокруг Млечного пути настолько обширная, что составляет в поперечнике миллион световых лет — в 10 раз больше самого Млечного пути. В своей работе исследователи заметили, что различные объекты распределены в плоскости под прямыми углами к галактическому диску Млечного пути.

“Мы думаем, что Млечный путь столкнулся с другой галактикой в далёком прошлом”, - говорит ведущий научный сотрудник Марсель Павловски (Marcel Pawlowski), доктор наук. - «Другая галактика при этом потеряла часть материи, которая затем сформировала галактики-спутники и молодые звёздные скопления. Всё, что мы наблюдали, — это осколки столкновения, которое произошло приблизительно 11 миллиардов лет назад».

Подробнее эти исследования изложены в журнале «Monthly Notices» Королевского астрономического общества.

Источник

Измеряя, насколько сильно связаны электроны для формирования куперовских пар в основанном на железе сверхпроводнике, учёные из Министерства энергетики США (United States Department of Energy) Брукхейвенской национальной лаборатории (Brookhaven National Laboratory), Корнельского университета (Cornell University) и Сент-Андрусского университета (St. Andrews University), получили подтверждение того, что благодаря магнетизму этот материал имеет возможность проводить ток без сопротивления, сообщает «WordScience.org».

Это измерение учитывает электронные группы и направления, в которых путешествуют электроны. Группы наравне с направлениями имеют важное значение в проверке теоретических предсказаний и данное исследование подтверждает, что эта теория в один прекрасный день может быть использована для идентификации или разработки новых материалов с улучшенными свойствами — а именно, сверхпроводников, работающих при температурах, превышающих сегодняшние.

Результаты данного исследования были опубликованы 4-го мая 2012-го года в журнале «Science».

«Мы могли бы взять эту теорию и подключать различные химические элементы, пока не будет найдена комбинация, работающая в качестве сверхпроводника при более высоких температурах», — сказал руководитель группы Симус Дэвис, директор «Center for Emergent Superconductivity» в Брукхевене и заслуженный профессор физических наук в Корнельском университете. Такие материалы могут быть использованы в энергосберегающих технологиях.

Учёные пытаются понять механизм, лежащий в основе так называемой «высокотемпературной» сверхпроводимости с тех пор, как открыли материалы, которые могут проводить ток без сопротивления при температуре несколько превышающей операционные области обычных сверхпроводников, которые должны быть охлаждённым почти до абсолютного нуля (0 Кельвина, или -273 ° по Цельсию). Несмотря на то, что рабочие температуры этих высокотемпературных материалов всё ещё несколько выше, чем 145 K (-130 ° C) — они дают надежду, что в один прекрасный день с такими материалами можно будет работать при комнатной температуре.

Одним из ключей, ведущих к сверхпроводимости таких материалов, является образование электронных пар. Учёные предположили, что если эти отрицательно заряженные частицы, имеющие магнитные моменты направленные в противоположные стороны, могут преодолеть взаимное отталкивание для объединения своих сил в так называемые куперовские пары — таким образом, перенося ток без каких-либо потерь.

«Многие подумают, что можно взять материалы, которые имеют переменные магнитные моменты на смежных электронах — антиферромагнитные материалы — и преобразовать их в сверхпроводники», — сказал Дэвис. Но со сверхпроводниками, основанными на медной основе, или купрате — первые высокотемпературные сверхпроводники обнаруженные примерно 25 лет назад, доказать эту гипотезу не удалось. «Можно сделать надёжный антиферромагнитный курпатный изолятор, но в таком состоянии очень трудно будет заставить соединиться магнитные электроны в пары, которые в дальнейшем должны будут передвигаться, создавая сверхпроводник», — сказал Дэвис.

После того, как в 2008-ом году были обнаружены сверхпроводники на основе железа, идея о том, что магнетизм играет важную роль в высокотемпературной сверхпроводимости была вновь поддержана.

«В каждом атоме железа имеется пять магнитных электронов», — сказал Дэвис. «Для того, чтобы узнать производят ли сверхпроводимость магнитные взаимодействия между электронами, мы должны измерить анизотропию энергетической щели — насколько сильно связаны электроны, находящиеся в паре, в зависимости от направления электронов в других электронных группах.

Теоретики Зунг-Хай Ли из Калифорнийского университета в Беркли (University of California), Питер Гиршфельд из Университета Флориды (University of Florida) и Андрей Чубуков из Университета Висконсина (University of Wisconsin) разрабатывали различные варианты теории об определённой системе измерений, которая должна присутствовать в материалах, где магнетизм является главным механизмом для сверхпроводимости.

«Наша работа состояла в проверке теорий», — сказал Дэвис. «Но, изначально у нас не было техники, чтобы провести все измерения. Нам пришлось изобретать её», — добавил он.

Два учёных, работающих с Дэвисом, Милан П. Аллан (Milan P. Allan) и Андреас В. Рост (Andreas W. Rost) из Сент-Андрусского университета (University of St Andrews) — выяснили, как провести эксперименты и идентифицировали основанный на железе материал, в котором можно было проверить ранние предположения.

«Склеивающая сила, соединяющая пары, отличается на различных диапазонах. На каждом диапазоне она зависит от направления, в котором путешествуют электроны», — сказал Дэвис.

«Это первое экспериментальное доказательство направленное от электронной структуры в поддержку теории о том, что механизм для сверхпроводимости в основанных на железе сверхпроводниках объясняется прежде всего магнитными взаимодействиями», — сказал он.

На следующем этапе учёные определят, является ли верной эта теория и для других, основанных на железе сверхпроводников. «Сейчас мы работаем над этим», — сказал Дэвис.

Если эти эксперименты покажут, что теория действительно верна, то данная модель может быть использована для предсказания свойств других элементов и их комбинаций и в идеале укажет дорогу к новым техническим материалам и высокотемпературным сверхпроводникам.

Источник

Можно назвать это расследованием космического убийства: 

Впервые астрономы смогли опознать несчастную жертву огромной чёрной дыры — звезду, чья гибель, впрочем, смогла послужить науке — пролить свет на природу загадочного гравитационного монстра, который её поглотил.

Учёные первый раз засекли злоумышленника в прошлом году, во время ещё одного звёздного убийства. Но в последнем инциденте им стал известен не только виновный, но и жертва — звезда, богатая гелием.

В июне 2010 г. исследователи зафиксировали яркую вспышку на прежде неактивной чёрной дыре в центре удалённой галактики. Основываясь на данных о росте интенсивности вспышки в течение месяца, учёные смогли оценить мощность гравитационного поля, а оттуда — и массу чёрной дыры. Она составила около трёх миллионов масс Солнца. 

Исследователи уверены, что массы чёрных дыр и их резидентных галактик определённым образом связаны и ощутимо влияют друг на друга, и их исследования помогут разобраться в пространственно-временных искажениях вокруг чёрных дыр.

Запускаемый вскоре Большой синоптический телескоп может помочь выяснить новые подробности этого леденящего кровь космического преступления. 

Источник

Металлическая полоска, закрученная в спираль. (кликните картинку для увеличения)

Ученым известно, почему металлическая полоска заворачивается в спираль или вьется волос. Однако мало кому удалось детально изучить динамику перехода прямолинейного объекта в спиралевидный. Для решения этой проблемы группа ученых из Франции наблюдала за поведением спирали из полоски металла, которую сначала распрямили, а затем отпустили, чтобы она могла вернуться в первоначальное состояние. В рамках работы исследователи не только ставили эксперименты, но и проводили математический анализ процесса. В результате, по мнению коллег ученых, работа представляет собой базовую платформу для объяснения подобных искривлений, например, в микромашинах будущего.

Если отклонять стержень или натягивать струну, возникающая упругая сила будет пропорциональна смещению объекта от «нулевого» положения. Но, как показывают исследования, поведения усиков растений или спиралей, образующихся из металлических полосок, анализировать гораздо сложнее, т.к. сила уже не пропорциональна пространственной координате. Лишь немногие из этих задач нелинейной динамики до сегодняшнего дня были решены. А понимание подобных процессов было бы полезно сразу для нескольких областей. Во-первых, в последнее время инженеры все чаще работают с тонкими пленками, которые могли бы использоваться в качестве проводов для микромеханизмов, но скручиваются в спираль в ответ на температурное или световое воздействие. Точно также в биологии ученые хотели бы понять, почему раскрываются красные кровяные тельца при заражении малярией.

Для ответа на эти и другие вопросы группа исследователей из University of Montpellier II (Франция) изучила простейший случай искривления, в рамках которого естественным образом завернутые в спираль металлические полоски распрямляются, а затем отпускаются, чтобы они могли вернуться в первоначальное состояние. В своей работе команда пренебрегла воздействием сопротивления воздуха и силы тяжести, чтобы сосредоточиться на внутренних силах упругости, возвращающих полоску в спиралевидное состояние. Подробные результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

В эксперименте использовалась полоска толщиной 0,1 мм и длиной 0,6 м, естественный радиус кривизны которой составлял 9 мм. После отпускания полоски команда записала ее движение с помощью высокоскоростной фотографии. Снимки показали, что во время движения полоска сформировала своего рода «катушку», внутри которой располагался один последний завиток меньшего радиуса. При этом радиус «катушки» оказался почти в 2 раза больше естественного радиуса кривизны для данной полоски.

Чтобы понять, как выглядит процесс при формировании спирали большего объема, чем доступно для экспериментаторов, команда провела математическое моделирование процесса. Расчеты позволили не только пояснить, как будет расти спираль, но и оценить скорость роста ее радиуса в процессе «сворачивания». Последняя величина, к слову, может быть получена и из энергетических соображений. По-сути, каждый сегмент полоски в горизонтальном положении имеет один и тот же запас упругой энергии. Соответственно, сегменты добавляют в процессе сворачивания одинаковую кинетическую энергию. Из этого соображения может быть вычислена скорость «сворачивания». Численный расчет скорости, проведенный учеными по этому методу, полностью согласуется с экспериментальными наблюдениями.

По мнению коллег ученых из Англии, опубликованная работа может быть чрезвычайно полезна в широком диапазоне направлений, в частности, она может служить своеобразным толчком для изучения динамики нитевидных структур, таких как молекулы ДНК.

Источник

Трое физиков из Университетского колледжа Лондонапродемонстрировали оригинальный способ ускорения нейтральных атомов и ...

Трое физиков из Университетского колледжа Лондонапродемонстрировали оригинальный способ ускорения нейтральных атомов и молекул, позволяющий разогнать их до нескольких сотен метров в секунду.

В начале поставленного британцами опыта атомы находились в обычнойоптической решётке. Последняя, напомним, позволяет захватывать и удерживать нейтральные частицы в периодическом потенциале, который создаётся в результате интерференции встречных лазерных пучков. При включении лазеров частицы под действием оптического поля приобретают электрический дипольный момент и занимают свои места в минимумах потенциала.

Важными параметрами оптической решётки считаются её периодичность и глубина потенциальных ям. Первая величина определяется длиной волны излучения и величиной угла встречи пучков, а вторая — мощностью лазеров.

Схема опытов. Чтобы упростить наблюдение за ускоренными атомами, их ионизировали с помощью отдельного лазера. (Иллюстрация Peter Barker / UCL.)

Методика управления скоростью атомов, предложенная авторами, построена на том, что оптическая решётка при ненулевой разности частот двух лазерных полей начинает двигаться со скоростью, пропорциональной этой разности. Задав необходимый сдвиг частот, физики в одном из экспериментов всего за 70 нс разогнали атомы аргона до 191 м/с. Разброс скоростей при этом оказался небольшим и доходил лишь до 6–11 м/с.

По словам учёных, испытанный ими несложный и универсальный способ контроля скорости нейтральных частиц подойдёт и для молекул. Поскольку продолжительность ускорения невелика, он также позволяет работать с короткоживущими атомами.

Полный отчёт об экспериментах с атомами аргона опубликован в журналеNature Photonics.

Подготовлено по материалам Ars Technica.

Источник