Новости науки
Считается, что ядро, состоящее из одних нейтронов, физически не может существовать. Однако при определенных условиях ученым уже удавалось получить так называемое спаривание нейтронов, полученных как продукты распада нестабильных ядер. До сих пор подобное явление наблюдалось лишь косвенно, поэтому сам факт его существования вызывал определенные сомнения. Как показали последние исследования ученых из США, ядра, отличающиеся избытком нейтронов, действительно могут в процессе распада испускать спаренные нейтроны, вместо двух самостоятельных частиц. Эта пара может существовать вне ядра, правда, очень короткое время. Как утверждают сами ученые, дальнейшее исследование этого направления потенциально может дать новую информацию в области ядерной физики нейтронных и сверхновых звезд.
На сегодняшний день силы, которые удерживают нейтроны и протоны вместе в атомном ядре, не до конца изучены. Поэтому экзотические формы материи, в том числе, так называемые динейтроны и дипротоны, предлагают ученым хорошую почву для проверки своих теоретических моделей в пограничных случаях. Ранее была получена теоретическая информация о том, что как динейтроны, так и дипротоны почти стабильны, поэтому уже несколько десятилетий научные группы по всему миру искали эти частицы на практике. Причем, большие усилия были сосредоточены на поиске дипротонов, поскольку их появление возможно при распаде ядер с избытком протонов, а этот избыток получить гораздо проще, чем избыток нейтронов для формирования динейтронов. Кроме того, нейтроны гораздо сложнее обнаружить. Однако до сих пор результаты поисков были неоднозначны, во многом из-за того, что электрический заряд протона усложняет анализ полученных на эксперименте данных.
Недавние эксперименты с нейтронно-избыточными ядрами изотопов гелия дали основания полагать, что нейтроны, находящиеся за пределами центрального ядра в таких структурах могут образовывать пару. Однако уже тогда было понятно, что формирование спаренных нейтронов вне атомного ядра обеспечило бы гораздо более прямой путь к их изучению. К сожалению, ядра с избытком нейтронов, традиционно рассматривавшиеся в подобных экспериментов, испускают во время распада не пару частиц, а несколько частиц по очереди.
Группа ученых из Michigan State University (США) решила эту проблему путем подбора другого ядра для эксперимента по распаду. Они использовали изотоп бериллия-16, при распаде которого испускание спаренных нейтронов оказывается энергетически выгодным (поскольку ядро бериллия-15 является еще более нестабильным, чем бериллий-16 по отношению к нейтронному излучению). Подробные результаты работы были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Поскольку прямого пути получения ядра бериллия-16 из стабильных ядер не существует, команда разработала косвенный метод его получения через промежуточные стадии (нестабильные ядра). В рамках поставленного эксперимента нестабильное ядро бериллия-16 распадалось на ядро бериллия-14 и два нейтрона. Для точного определения продуктов распада, команда разработала методику фильтрации показаний детектора (поскольку один нейтрон может дать две вспышки на детекторе, игнорировались двойные вспышки с расстоянием более 50 см друг от друга). Кроме того, полученные на эксперименте данные сравнивались с результатами компьютерного моделирования, что позволило доказать, что на практике действительно имело место формирование спаренных нейтронов.
По мнению коллег ученых из других научных групп, эксперимент чрезвычайно полезен для дальнейшего развития этого направления. Чем больше получено данных о динейтронных системах, тем более полное представление можно составить о других нейтронно-избыточных системах, таких как нейтронные звезды и нейтронно-избыточные потоки в сверхновых.
Ученые-физики сумели отчасти расшифровать фундаментальный принцип квантовой механики, а именно соотношение неопределенностей Гейзенберга. Для более точного определения и местонахождения, и момента частицы, было произведено "сдавливание" атомов рубидия в количестве 40 тыс. штук. Таким образом, квантовое состояние частиц стало зависимым.
Самые значимые физические теории - теория относительности и теория квантовой механики - имеют запреты. Так, теория относительности запрещает передвижение со скоростью, превышающей скорость света. Теория же квантовой механики имеет в своей основе принцип неопределенности, то есть невозможно абсолютно точно определить сразу два параметра частицы - ее местонахождение и момент частицы. Если удается точно определить местонахождение частицы, то невозможно получить точную информацию о ее моменте, и наоборот.
Как известно, запреты действуют раздражающе, вызывают желание нарушить их. Запреты будят пытливый ум ученого, а если являются еще и абсолютными, то это может обозначать только одно - вечный "будильник" мысли, источник вдохновения для поиска новых идей и новых теорий.
Квантовую неопределенность можно выразить численно. Чаще всего это делается с помощью изображения графического круга, внутри которого помещены реальные координаты, а также реальный момент частицы, над которой производятся измерения. Известно, что изменить площадь круга невозможно, однако можно изменить собственно форму области. На протяжении последних нескольких десятилетий физики научились преобразовывать круг в эллипс и даже вытягивать ее в практически прямую линию. Таким образом, обеспечивается точность какого-либо одного параметра измерения частицы, однако вместе с этим точность измерения другого параметра заметно снижается.
Такой эффект называется "сдавливанием" и применяется в науке для "сдавливания" параметров атомов или фотонов, благодаря чему увеличивается точность измерения одного из ключевых параметров. Метод "сдавливания" применяется для достижения максимальной точности, например, атомных часов или магнитно-резонансных томографов. Используется такой метод и в некоторых приложениях военно-оборонной промышленности.
Исследователям из Технологического института Джорджии (США) под началом профессора физики Майкла Чепмена удалось достичь "сжатия" третьего параметра, который получил название "нематический тензор", или квадруполь. Примечательно то, что "сжатие" третьего параметра происходит не на уровне отдельной частицы, а на уровне целой группы частиц. Свойство нематичности определяет степень выстраивания микрочастиц в массиве вещества или объекта и играет важную роль при описании жидких кристаллов, некоторых высокотемпературных сверхпроводников и материалов с экзотическими магнитными свойствами. В эксперименте американских ученых такая особенность, как нематичность, понадобилась для описания особой формы материи, которая получила наименование "конденсат Бозе-Эйнштейна". Этот вид материи примечателен тем, что все атомы указанной субстанции находятся в одинаковом квантовом состоянии. Более подробно результаты исследований ученых опубликованы в журнале Nature Physics.
Подобных результатов ученым уже удавалось достигать 15 лет назад. Однако в то время аналогичные опыты позволяли производить эксперименты по "сдавливанию" систем атомов, которые могут лишь находиться в одном из двух квантовых состояний. Физикам удавалось "сдавливать" суммарный угловой момент таких групп, то есть направление возникающего магнитного поля.
В новых экспериментах, проведенных американскими учеными под руководством Чепмена, группы атомов могли иметь одно из трех квантовых состояний, суммарный спин при этом имел нулевое значение. Такого "сдавливания" до сегодняшнего дня еще никому не удавалось осуществить. Новые опыты позволили ученым произвести "сдавливание" нематического тензора в группе атомов рубидия, количество атомов при этом составляло 40 тыс. штук. Атомы рубидия сталкивались между собой, в результате чего некоторые из атомов имели способность обмениваться квантовыми состояниями. В результате атомы становились квантово зависимыми друг от друга. Как говорит сам Чепмен, такое поведение атомов способно снизить неопределенность измерений и сделать их более точными.
Наблюдаемый эффект в будущем будет крайне важным для точных измерений магнитных полей. Точность измерений очень актуальна при производстве квантовых суперкомпьютеров, в которых накопление информации будет происходить в спинах атомов и их нематическом тензоре.
Сложность проведения дальнейших экспериментов обуславливается излишним шумом, который издают приборы лаборатории. Дело в том, что этот шум способен создавать собственные магнитные поля, которые снижают точность экспериментов, и как следствие, точность измерений.
Более 5000 космических «пузырей» было обнаружено в диске нашей Галактики Млечный Путь гражданскими учеными, посвящающими астрономии лишь часть своего рабочего времени.
Эти пузыри «сдуваются» молодыми, горячими звездами в окружающий газ и пыль, и указывают исследователям новые области звездообразования.
"Эти результаты заставляют подозревать, что Млечный Путь является гораздо более активной звездообразовательной галактикой, чем считалось ранее", говорится в заявлении Эли Брессерт, докторанта-астрофизика в Европейской южной обсерватории. "Диск Млечного Пути словно шампанское с пузырьками повсюду".
Около 35000 добровольцев просеивают данные космического телескопа Спитцер, НАСА, на сайте проекта Млечного Пути, чтобы совершить открытие. В этом случае человеческий глаз бывает крайне полезен, поскольку компьютерные программы обнаружения часто не идеальны. Добровольцы смогли идентифицировать частично сломанные кольца и перекрывающие пузыри, которые путают алгоритмы программ. Чтобы убедиться, что добровольцы верно определили наличие пузырька, программа требует, чтобы каждый кандидат в пузыри был помечен пятью участниками, прежде чем добавиться в каталог.
"Проект Млечный Путь – это попытка взять обширные и красивые данные Спитцера и сделать извлечение информации веселым и совместным", сказал главный исследователь проекта Млечного Пути Роберт Симпсон, исследователь в области астрономии в Оксфорде, Англия.
Космический аппарат NASA обнаружил тонкое завихрение кислородной атмосферы ледяного спутника Сатурна Дионы, но, даже несмотря на такую хорошую новость, вы не захотели бы там жить. Вы однозначно не смогли бы дышать: атмосфера Дионы в 5 триллионов раз менее плотная, чем воздух на поверхности Земли, говорят ученые.
Атмосфера Дионы была обнаружена космическим кораблем Кассини НАСА, который заметил ультра-тонкий слой ионов кислорода условиях в таком редком количестве, которое эквивалентно количеству ионов в 480 километрах над Землей. На Дионе, есть только один ион кислорода на каждые 11 кубических сантиметров пространства, но даже этого все еще достаточно, чтобы квалифицировать атмосферу спутника в качестве полноценной атмосферы, какой ученые миссии Кассини и объявили ее.
"Мы теперь знаем, что Диона, в дополнение к кольцам Сатурна и луны Рея, является источником молекул кислорода " говорится в заявлении члена команды Кассини Роберта Токаря из Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико, который провел новое исследование. "Это показывает, что молекулярный кислород, на самом деле, является общим элементом в системе Сатурна и подтверждает, что он может относиться к процессам, которые не связаны с жизнью".
Благодаря Большому адронному коллайдеру ученые могут сталкивать друг с другом десятки тысяч элементарных частиц, чтобы узнать секреты их строения. Однако проделать подобное с электроном никогда не удастся, так как эти отрицательно заряженные частицы являются неделимыми независимо от величины их заряда. Но электроны, как и любую материю в этом мире, можно разрушить.
Журнал Science опубликовал результаты исследований целой команды ученых-физиков, которым удалось расщепить виртуальную модель электрона на две одинаковые части. Подробности этого необычного эксперимента стали доступны общественности 13 января.
В исследованиях принимали участие Мэтью Хастингс (Университет Дьюка) вместе со своими коллегами, Сергей Исаков (Цюрихский университет) и Роджер Мелко (Университет Ватерлоо, Канада). В эксперименте в качестве объекта изучения использовалась виртуальная модель кристалла. Далее объект был подвергнут воздействию смоделированной экстремально низкой температуре, при которой модель кристалла превратилась в так называемую "квантовую жидкость" - редчайшее состояние веществ, при котором электроны начинают собираться в одну группу.
Некоторые материалы (например, сверхпроводники или сверхтекучие жидкости) могут преобразовываться в "квантовую жидкость", когда наблюдается слияние электронов в одно целое, при температуре, равной абсолютному нулю. В таких условиях электроны теряют свои привычные свойства, и вместо отталкивания друг от друга ввиду отрицательного заряда, наблюдается их скопление, которое приводит к образованию единой частицы. При этом электроны в описанной ситуации приобретают свойства одной частицы, которые принято называть квазичастицами. По словам Мэтью Хастингса, эти частицы способны совершать такое, что просто не укладывается в голове и идет в разрез с основными понятиями о молекулах, атомах и электронах.
Для проведения эксперимента виртуальная частица с зарядом электрона была помещена в смоделированную "квантовую жидкость". К удивлению ученых, электрон разделился надвое, каждая из частей которого получила половину всего заряда целой первоначальной частицы. Далее частица с элементарным зарядом электрона помещалась в различные субстанции и разного рода "квантовые жидкости", что позволило зафиксировать некоторые черты универсального поведения раздробленной частицы.
Таким образом, расщепление электрона на две части при помощи компьютерной модели показало, что совсем не обязательно подвергать столкновению микроскопические объекты материи - ее можно разрушить другим способом.
Источник
Огромное давление и высокая температура, имеющие место в области ядра планеты, оказывают колоссальное давление на находящиеся в этом районе атомы, которые ведут себя совершенно иначе, чем в условиях на поверхности Земли. Привычные свойства вещества перестают себя проявлять обычным образом, и появляются новые свойства атомов.
Недавно американские ученые во главе с Рональдом Коэном опубликовали результаты исследований, в ходе которых были изучены особенности поведения оксида железа (речь идет о FeO II). Модель, которая использовалась во время опытов, по своим свойствам полностью соответствовала тем условиям, которые, как считают ученые, имеются в околоядерной области нашей планеты. Оксид железа и магния занимают лидирующие позиции по распространенности минералов во внутренних слоях мантии планеты.
Американскими физиками были изучены свойства оксида железа, находящегося под давлением 1,4 млн. атмосфер и действием температуры в 2200 °C - принято считать, что именно таким температуре и давлению подвергаются вещества на границе ядра и мантии. Современные методы исследований и мощная вычислительная техника позволили зафиксировать, какие изменения испытывают вещества в околоядерной области.
Согласно теории, уже при температуре 1600 °C и давлении 690 тыс. атмосфер оксид железа испытывает некоторые изменения, переходя при этом из состояния непроводящего элемента в состояние проводника. Опыты ученых показали, изменение состояние оксида железа происходит без изменения его структуры. Иными словами, не подвергаясь изменению порядка расположения атомов в кристаллической решетке, это вещество способно приобретать свойства проводника или изолятора, если значения давления и температуры достаточно высокие.
Ричард Коэн пояснил, что атомы оксида железа при очень высокой температуре способны формировать кристаллическую решетку, идентичную поваренной соли (хлориду натрия). При низких температурах оксид железа, как и соль, выполняет роль изолятора, то есть не проводит электрический ток. В предшествующих работах учеными было выявлено, что структура оксида железа при достаточно высоких показателях температуры и давления "металлизируется", тем самым изменяется структура кристаллической решетки. Результаты же экспериментов, имитировавших условия существования веществ на границе ядра и мантии, показывают, что эта самая "металлизация", или переход вещества в состояние проводника, происходит без изменений структуры кристаллической решетки вещества. Однако для этого требуется наличие одного важного условия - действие одновременно большого давления, а также высокой температуры. Интересен еще один факт: поведение электронов в "металлизированном" оксиде железа значительно отличается от того, что происходит в оксидах других металлов.
Согласно полученным данным, американские ученые могут сделать вывод, что оксид железа сохраняет свойства проводника во всей толще земной мантии. Это очень важно для изучения такого понятия, как глобального магнитного поля Земли.
Оксид железа генерируется веществом верхнего слоя ядра планеты, поэтому этот оксид в проводящих слоях мантии должен распространяться несколько иначе, чем, если бы он был изолятором. Профессор Коэн уверен, что между ядром и мантией имеет место такое явление, как магнитно-механическое сопряжение.
Группа ученых из Лос-Аламосской национальной академии США и Массачусетского технологического института провели исследования и создали модель ускорения электронов в магнитосфере нашей планеты.
Явление ускорения частиц, которое привлекло внимание исследователей, имеет место в вытянутой части хвоста магнитосферы с ночной стороны Земли. В этой области в плазме наблюдается так называемое магнитное пересоединение, то есть процесс перестройки топологической структуры магнитного поля. Обычно явление пересоединения сопровождается выбросом энергии взрывного характера. Часть этой энергии получают ускоряемые электроны. После этого заряженные частицы перемещаются в верхние слои атмосферы, и наблюдается такое природное явление, как полярное сияние.
Наличие высокоэнергичных электронов многократно регистрировалось различными космическими зондами, например, аппаратом Cluster. При этом количество обнаруженных электронов очень удивляло исследователей. Ранее считалось, что электрическое поле, которое имеет одинаковое направление с магнитным полем и является причиной ускорения электронов при пересоединении, не могло существовать в больших пространствах в высокопроводящей среде - горячей плазме. Именно такое ограничение приводило к разности между теоретическими оценками и опытными данными.
В рамках новых исследований модель пересоединения в магнитосфере была создана на мощном компьютере Kraken, который установлен в Окриджской национальной лаборатории. Всего было задействовано 25 тыс. вычислительных ядер, после чего ученые провели наблюдения за поведением 180 млрд. виртуальных частиц.
В результате ученые сделали важное открытие. Размеры областей, в которых электроны могут набирать большую энергию во время пересоединения, ранее сильно недооценивались. Диаметр таких областей, по данным компьютера Kraken, оказался в тысячу раз больше, чем ожидалось. Таким образом, физики попытались дать теоретическое обоснование явлению ускорения электронов вблизи Земли. Далее эксперименты подлежат тщательной проверке и поиску возможных ошибок в модели поведения электронов.
Источник
Cвет, падающий на некую поверхность, оказывает на нее крошечное давление. Обычно это давление имеет не значительный эффект, но, оказывается, оно также может использоваться для фокусировки света, проходящего через узкие полоски стекла. Как показали последние теоретические изыскания ученых из Германии, свет, проходящий через расположенные рядом полоски стекла, создает небольшой изгиб в материале, в результате чего фокусируется в узкий луч. Ученые предсказывают, что данный метод фокусировки света будет работать для всех длин волн, т.е. работа в будущем может привести к созданию принципиально нового способа управления световыми пучками.
На сегодняшний день уже во многих устройствах оптические сигналы заменяют электрические, так что одним из популярных направлений исследований являются попытки расширить набор инструментов для управления световыми пучками, особенно в небольших масштабах. Одну из работ в этом направлении в журнале Physical Review Letters недавно опубликовали ученые из Max Planck Institute for the Science of Light (Германия).
Исследовательская группа проанализировала поведение света, распространяющегося через два тонких стекла, расположенных параллельно друг другу на расстоянии 300 нм. Это могут быть, к примеру, две тонкие стеклянные полоски внутри оптического кабеля. Толщина стеклянных полосок в рамках исследований была от 200 до 400 нм, а ширина - 70 микрон. Кроме того, полоски были жестко закреплены по краям.
Хотя свет, распространяющийся по описанным полоскам, сосредоточен внутри стекла, электромагнитное поле распространяется за его пределы, в том числе в зазор между полосками. Это поле оказывает воздействие на полоски, притягивая их друг к другу или, наоборот, отталкивая. Рассчитанное учеными искривление оказалось невелико - порядка 1 или 2 нм (в основном из-за слабых интенсивностей света, рассматривавшихся в теоретическом расчете). Однако этого оказалось достаточно, чтобы повлиять на распространение света в стеклянных полосках. Ученые описали изменения с помощью эффективного показателя преломления, который варьируется, в зависимости от ширины стеклянных полосок и степени их изгиба.
В результате искривлений, свет, распространяющийся по полоске, фокусируется в один или несколько узких пучков. Такое поведение объясняется при помощи классической электромагнитной теории в сочетании с учетом параметров упругости стекла. Изгиб стеклянной полоски приводит к сложной обратной связи, ведь давление на один ее участок приводит к искривлению всей полосы, т.е. изменению условий распространения света во всем ее объеме. Это, в свою очередь, изменяет оптическое давление и изгиб стеклянной полосы. При помощи повторяющихся циклов расчетов, команда пришла к стабильному решению задачи, в котором картина распространения света согласуется с изгибом стеклянных полос. В этом случае свет фокусировался в один или два луча в каждой из двух стеклянных полос.
Хотя работа носит чисто теоретический характер, по мнению ученых, не составит труда создать практическую систему, в которой свет распространяется на расстояние порядка нескольких метров. Поскольку речь не идет об использовании каких-либо резонансных явлений, данная схема будет работать для света любой длины волны. Характер полученной картины (количество лучей) можно регулировать, в том числе и параметрами начального импульса света, поданного на стеклянные полоски.
Физики выяснили, что эксперименты, связанные с путешествием нейтронов между параллельными Вселенными, осуществимы на имеющейся в настоящее время аппаратуре. Статья подана в рецензируемый журнал (какой именно, не сообщается), а ее препринт доступен на сайте arXiv.org.
В рамках работы ученые рассматривали трехмерное пространство как 3-брану - своего рода поверхность в пространстве большей размерности. В 2011 году физики уже установили, что две параллельные 3-браны могут обмениваться фермионами в присутствии достаточно мощного магнитного поля.
Теперь ученые рассмотрели вопрос реализуемости описанных в работе условий на практике. В частности, они рассматривали ультра холодные нейтроны. Такие нейтроны могут быть заперты в специальных сосудах в вакууме. В таких условиях эти частицы хранят для изучения, в частности, бета-распада, который впервые удалось обнаружить в 2005 году.
Ученые определили, что при столкновении со стенкой сосуда существует ненулевая вероятность того, что нейтрон перескочит в иную Вселенную. Исследователям удалось оценить эту вероятность сверху. При этом они говорят, что для проверки гипотезу достаточно провести эксперимент, аналогичный экспериментам по изучению бета-распада, длительностью более года.
По словам ученых, изменения гравитационного потенциала должно влиять на параметры распада, что можно будет зарегистрировать. Ученые отмечают, что главным достоинством их работы является то, что она позволяет получить экспериментальные подтверждения существования параллельных миров.
Недавно ученые-астрономы пришли к одному интересному выводу – соотношение планет и звезд в нашей Галактике составляет примерно 2 к 1. Причем большая часть галактических систем находятся в свободном существовании, будучи не связанными ни с одной звездой. Как полагают специалисты, такие объекты были вытеснены из родительских гравитационных систем на более гравитационно неустойчивые орбиты. Несмотря на это, новая модель понимания устройства Галактики, приводит в качестве причин существования «бездомных» планет и другие факты.
Главнейшей причиной следует считать то, что крупные звезды в буквальном смысле выталкивают отдельные планеты за пределы своей системы, когда исчерпывается необходимый запас водорода, и обычные звезды начинают расширяться, превращаясь в звезды-гиганты.
В качестве другой причины некоторые ученые считают, что планеты выталкиваются из родительской системы из-за возмущений, которые вызывают проходящие в непосредственной близости звезды. Возмущения также могут быть связаны с входом в систему и выходом из нее спиральных рукавов Галактики или ввиду скопления плотных облаков молекул.
Однако, как сообщает научный журнал Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ученые выдвинули еще одну «экзотическую» версию, согласно которой планеты-одиночки выбрасываются гравитационными силами звезд, сконцентрированных в плотной «пачке» звездных скоплений – кластеров. Астрономы считают, что именно кластеры являются тем местом, где зарождается большая часть космических светил.
Самое крупное скопление галактик, которое принадлежит, скорее всего, ранней Вселенной, удалось обнаружить американским ученым. Исследования проводились астрономами Ратгерского университета (США) под руководством Фелипе Менанто.
Крупнейшее образование объектов во Вселенной, составные части которого взаимосвязаны между собой гравитационно, - это не что иное, как скопление галактик. Обнаруженное скопление галактик получило наименование ACT-CL J0102-4915. Чтобы сделать свое открытие, ученым потребовались результаты наблюдений с двух обсерваторий - новейшей наземной радио-обсерватории в чилийской пустыне Атакама и рентгеновского космического телескопа Chandra.
Неофициально скопление галактик носит имя Эль Гордо, что в переводе с испанского языка обозначает "крупный". По словам Фелипе Менанто, обнаруженное скопление является самым крупным, высокотемпературным и имеющим наиболее мощное излучение в рентгеновском диапазоне среди других скоплений галактик на таком же расстоянии или дальше.
В соответствии с существующей теорией зарождения Вселенной, однородные скопления галактик образовались из-за неоднородности темной материи, или так называемой гипотетической субстанции, которая способна проявлять себя лишь в гравитационном взаимодействии. Один из участников исследований Джек Хьюджес говорит, что обнаруженное гигантское скопление галактик как раз является тем объектом, который долгое время искали ученые. Астрономы хотят подвергнуть анализу существующие на сегодняшний день модели зарождения Вселенной, выяснить, правильно ли понимается формирование таких редчайших объектов, как галактические скопления.
Открытие стало возможным благодаря применению известного во всем мире эффекта Сюняева-Зельдовича. Суть этого метода заключается в изменении реликтового фона с рассеиванием его фотонов на горячих электронах межзвездного и межгалактического газа. Фотоны реликтового излучения, проходившие через обнаруженное галактическое скопление, приобрели добавочную энергию, вследствие чего значительно изменился микроволновый фон в направлении скопления. Величина изменения микроволнового фона зависит от плотности и температуры электронов объекта, а также от его размеров.
Специалисты в области космических тел официально заявили, что метеориты, упавшие в июле ушедшего года в районе Марокканской пустыни, имеют марсианское происхождение.
Как говорят ученые, исследование пород с Марса является редчайшим удовольствие. Ведь сегодня не существует образцов материи с «красной» планеты, которые были бы доставлены на Землю иным способом. Обнаружить же осколки марсианской породы, упавшие в виде метеоритного дождя, удалось только в пятый раз. Для многих такие находки – отличный шанс обогатиться. Сегодня цена марсианских пород практически в 10 раз выше цены земного золота.
По словам куратора крупнейшей в мире коллекции метеоритов («Коллекция Маковича») Дэррила Питта, науке известно порядка 100 кг материалов, извлеченных из метеоритов марсианского происхождения. Совокупная же масса пород из последнего метеоритного дождя составляет около 11 кг, что вносит неоценимый вклад в дело изучения марсианских пород и пополнения метеоритных коллекций.
Самому Деррилу Питту удалось приобрести около 2 кг марсианской породы, большую часть которой он собирается перепродать по цене 300-1000 долл. за грамм. Стоит отметить, что 1 г золота на международном рынке стоит порядка 58 долл.
Марсианские метеоритные дожди на памяти исследователей имели место всего четыре раза – два из них произошли в XIX веке (15 и 65 годы), еще два в 1911 и 1962 годах. Среди ученых наиболее ценятся так называемые «свежие» метеоритные массы, поскольку они еще не успели смешаться с земными породами и организмами. В этом случае доказать, что найденные остатки метеоритов прилетели с Марса, гораздо проще.
Для науки необычайную ценность имеет даже крохотный кусочек с Марса. Многие научные организации, располагающие достаточным бюджетом и имеющие хороших спонсоров, уже закупили несколько образцов породы с последнего метеоритного дождя. В центре внимания ученых – климат и атмосфера «красной» планеты, а также исследование метеоритного материала на предмет нахождения в нем следов органического вещества. Ранее говорилось, что в метеорите под названием ALH84001, прилетевшем с Марса и упавшем в Антарктиде в 1984 году, были обнаружены следы древней жизни. Однако до сегодняшнего дня многие ученые-специалисты в этом не уверены.
Пока остается загадкой, когда появилась порода, которую принесли с собой метеориты в Марокканскую пустыню, и что заставило массивные куски оторваться от Марса. Новости о результатах проведенных учеными.
Научный журнал Nature сообщил о том, что международная группа ученых продемонстрировала уникальную экспериментальную систему, в которой удалось привести в движение 30-микронный «пончик» из стекла, применяя для этого основные квантово-механические законы.
До сегодняшнего дня феноменальные явления квантовой механики наблюдались лишь в микромире, когда речь шла о перемещении микроскопических объектов – например, отдельных атомов. При попытках перемещения объектов макромира, которые состоят из большого количества атомов, возникало явление, получившее название квантовой декогерентности. То есть, квантовые эффекты на макроуровне исчезали, а на сам макрообъект начинали действовать внешние силы и окружающая среда.
Однако теперь ученые продемонстрировали возможность управления при помощи потока света довольно крупным объектом, который состоял из нескольких сотен триллионов атомов. Причем воздействие на предмет осуществлялось на квантовом уровне.
Для экспериментов был изготовлен «пончик» из стекла, имеющий размер в диаметре около 30 микронов. После этого объект был помещен на специальный микрочип. Затем тонкая оптическая пленка была подвержена облучению при помощи лазера. Сама пленка была расположена вплотную по отношению к стеклянному «пончику» - тем самым поток света мог переходить на «пончик» и циркулировать по его окружности. Сила, которая возникает в результате циркуляции по объекту светового потока, заставляет «пончик» колебаться с определенной частотой.
Как утверждают ученые, сочетание механических колебаний с квантовыми системами другой природы, например, с электрическим током, может дать такие же результаты, как и со световыми волнами. В итоге это даст возможность передавать информацию на уровне квантов, что является существенным шагом на пути создания квантового суперкомпьютера будущего.
Стоит отметить, что физики уже предпринимали попытку создания квантового переключателя, в котором импульсы световых потоков использовались для создания вибраций в кремниевом мосте. Однако новые эксперименты впервые предполагают создание механических колебаний с помощью квантовых световых эффектов.
Ученые из исследовательского центра DESY (Германия) провели эксперимент, в ходе которого было продемонстрировано прозрачное железо. Такой эффект достигается благодаря воздействию на атомы железа электромагнитных волн. Параллельно также было доказано, что вполне возможно осуществлять управление светом, в результате чего была создана экспериментальная деталь для компьютера нового поколения.
Свойство железа становиться прозрачным хорошо известно, например, физикам, изучающим лазеры. При помощи яркого лазерного луча с определенной длиной волны можно добиться того, чтобы непрозрачный предмет стал прозрачным. В этом случае поток света особым образом вступает во взаимодействие с электронной оболочкой атомов.
В ходе экспериментов немецкие ученые пользовались специальным синхротроном PETRA III, который является источником рентгеновского излучения. Таким образом, физики впервые продемонстрировали прозрачность непрозрачного по своей природе материала, которая вызывается рентгеновскими лучами.
В опытах использовались два тонких железных листа из Fe-57 (данный изотоп в своем составе имеет порядка 2% чистого природного железа), которые были помещены в оптический резонатор. Резонатор представлял собой два параллельно установленных зеркала из платины. Созданный таким образом «коридор» позволяет многократно отражать рентгеновские лучи. Между двумя листами железа толщиной всего лишь по 3 нанометра находился тонкий слой углерода, который является прозрачным по отношению к рентгеновскому излучению с используемой величиной длины волны. Толщина испытуемого объекта суммарно составила около 50 нанометров. Далее на объект было направлено рентгеновское излучение под крайне малым углом.
В результате были получены результаты наблюдений, которые показывали, что рентгеновские лучи отражаются от платиновых пластин так, словно между ними ничего нет. Однако, такой эффект достигался только при определенном соотношении длины волны и расстояния между пластинами.
Ввиду множественного отражения потока излучения от зеркальных поверхностей возник резонанс, или стоячая волна. При этом наблюдалась прозрачность железа лишь в том случае, когда один из листов железа находился в нижнем пределе амплитуды волны, а другой лист – в верхнем пределе. При перемещении пластины внутри резонатора прозрачность сразу же исчезала.
По словам немецких ученых, наблюдаемое явление представляет собой не что иное, как квантово-оптический эффект. И, как оказывается, не все так сложно. Дело в том, что колебание атомов железа в резонаторе происходит согласованно, то есть поглощение и испускание квантов света осуществляется синхронно. В результате атомы в резонаторе в отличие от свободных атомов гасят колебания друг друга, поэтому наблюдается прозрачность не для конкретных световых квантов, а для всего светового потока в целом.
Ральф Рёльсбергер, представитель исследовательского центра DESY, утверждает, что впоследствии ученым удастся управлять одним рентгеновским излучением при помощи другого такого же излучения. По предположениям исследователей, такой эффект в дальнейшем может использоваться при разработке квантовых суперкомпьютеров для отвода тепла, поскольку каждый квант света обозначает дополнительный нагрев.
Примечательным фактом в опытах немецких физиков является наличие не только прозрачности, но также и замедление скорости световых волн в резонаторе вплоть до нескольких метров в секунду. Ученые продолжают свои эксперименты с целью определить, насколько можно снизить скорость светового потока. Если эксперименты увенчаются успехом, то в недалеком будущем можно уверенно говорить о возможности практического замедления скорости света. Это особенно важно, например, для хранения информации в слишком медленных или вовсе остановленных световых импульсах.
По словам ученых из копенгагенского Университета имени Нильса Бора, чаще всего лазер работает в качестве нагревателя поверхности, однако не тогда, когда он работает в специальных условиях. Как сообщает журнал Nature Physics, датским физикам удалось охладить до температуры минус 269 градусов объект в виде тонкой полупроводниковой мембраны с помощью лазера. Достичь такого эффекта действия лазера удалось благодаря особенностям квантовой среды, которые при определенных условиях проявляются в макромире.
Стоит отметить, что лазер для охлаждения атомов применялся еще в далеких 80-х годах прошлого века, однако охлаждение могло проходить лишь на уровне атомов. Однако ученые из Копенгагена попытались осуществить лазерное охлаждение и на макроуровне.
Один из участников экспериментов, Юджин Поцик, говорит, что открытие свойства лазера, способного работать как охладитель, открывает новые горизонты для такой отрасли науки и технологий, как фотомеханика, которая изучает взаимодействие механического движения и оптического излучения.
Как показала практика, добиться охлаждающего действия лазера на уровне макроматерии оказалось не трудно: при движении атома по направлению к лучу, излучение лазера способно снизить момент движения частицы фактически до нуля, а, следовательно, и уменьшить потенциальную энергию и температуру. Но в этом механизме есть небольшая проблема: охлаждение происходит только тогда, когда атом движется по направлению к лучу лазер. Если же частица будет перемещать от лазера, то он еще больше ее разгонит и, как следствие, частица начнет нагреваться.
Решить проблему исследователям помогла базовая теория физики и механики. Если величина частоты лазера имеет значение чуть меньше величины резонансной частоты атома, то в результате взаимодействия лазер и атом входят в резонанс, при котором момент движения микрочастицы уменьшается в любом случае. Но ученые заметили, что энергия движущегося к лучу атома гасится быстрее, чем энергия перемещающейся от лазера частицы.
Несмотря на успех экспериментов, все же остается одна нерешенная задача: физикам пока еще не удалось при помощи лазера охладить большие по размерам тела. Однако исследователи уже могут охлаждать тонкие полупроводниковые мембраны из арсенида галлия, который применяется при производстве микрочипов. По результатам исследований охлаждение таких объектов происходит как на атомном уровне, так и на уровне макротела.
Ученые полагают, что в будущем сделанные открытия позволят использовать систему лазерного охлаждения в квантовых компьютерах или механических и электрических датчиков, которые работают в условиях постоянной температуры, которую нельзя превышать.
Совместными усилиями американских физиков из двух университетов – Иллинойского университета в Урбане и Шампейне и Северо-Западного университета – произведена модернизация конструкции магниторезонансного силового микроскопа.
Не секрет, что магниторезонансная силовая микроскопия включает в себя преимущества нескольких научных методик исследования и дает возможность получать качественные изображения исследуемых объектов с разрешением примерно 10 нанометров. Исследование по технологии магниторезонансной силовой микроскопии подразумевает использование механического осциллятора, или кантилевера, который применяется для обнаружения и регистрации небольших магнитных сил, которые соотносятся с наличием некоторого количества магнитных моментов – спинов. Экспериментальный образец можно зафиксировать прямо в осцилляторе, после чего содержащиеся в материале ядра водорода (спины), подвергаясь воздействию созданного градиента магнитного поля, заставляют осциллятор колебаться.
Амплитуда колебания магнитных волн во время проведения научных экспериментов довольно ничтожна и может составлять всего несколько единиц аттоньютонов. Столь высокая чувствительность приборов многократно превосходит возможности медицинского оборудования магниторезонансной томографии, поэтому позволяет заниматься исследованием таких микроскопических объектов, как вирусы. Однако изначально магниторезонансный микроскоп разрабатывался для обеспечения нужд опытов, изучающих одиночные биологические молекулы. Достичь этого до сегодняшнего дня пока никому не удалось.
Чтобы повысить степень чувствительности магниторезонансного силового микроскопа, необходимо, в первую очередь, улучшить параметры осциллятора, который выступает в качестве датчика силы. Идеальным вариантом представляется датчик силы с низкой жесткостью, высокой резонансной частотой и малым затуханием. Подобные требования может удовлетворить лишь осциллятор, имеющий небольшую массу. Для этого американские физики использовали в качестве кантилевера микроскопическую кремниевую проволоку длиной около 15 мкм и диаметром тонкой части 35 нанометров.
|
Свободно висящий кончик проволоки был покрыт полистиролом, в составе которого присутствует водород. Ввиду невысокой амплитуды колебания проволоки при воздействии на нее магнитного поля возникла необходимость дополнительно изготовить оптический интерферометр. Применив поляризованное излучение, ученым удалось получить схему с довольно высокой чувствительностью и низкой степенью нагрева кремниевой проволоки.
В ходе проведенных экспериментов нанопроволока подводилась к микроскопическому электрическому проводу, который использовался для управления создававшимся радиочастотным магнитным полем и градиентом поля. В результате ученые пришли к выводу, что усовершенствованный кантилевер имеет значительные отличия от ранних версий своих аналогов. Так, его механическая добротность (Q) не очень уменьшается в случае сближения кантилевера с поверхностью. Скорее всего, уменьшение добротности во время возникновения так называемого неконтактного трения уменьшается из-за небольших размеров проволоки в поперечном сечении. Значительно повлиять на результаты опытов могла также и высокая резонансная частота самого кантилевера, которая составляет 780 кГц.
Во время тестирования усовершенствованный микроскоп, оснащенный кантелевером в виде кремниевой проволоки, мог уверенно регистрировать сигналы, среднеквадратичное значение которых составляло до 2,4 аттоньютона. Такая величина на несколько порядков ниже, чем амплитуда сил, измеряемого при помощи обычного атомно-силового микроскопа.
Американские физики, чья программа исследований финансируется Пентагоном, сообщили о возможности создания специальной секретной технологии, которая позволяет делать события, происходящие во времени, незаметными. Смысл разрабатываемой технологии заключается в том, чтобы, управляя светом, скрыть от наблюдателя события, происходящие в доли секунды времени. Проводимые опыты являются еще одним важным шагом на пути создания эффективного пространственно-временного камуфляжа, который, например, сможет скрыть от нежелательного наблюдателя некоторые события или объекты.
Эксперименты основываются на том, что различные по частоте потоки света могут двигаться с разной скоростью. Американские ученые пропустили некоторое количество зеленого света через оптоволоконный кабель. В конце пути движения света была установлена двухстороння линза. Пройдя через эту линзу, зеленый свет разделился на два потока - медленный и более быстрый. Разница в скорости разделившегося потока света дает возможность воспользоваться так называемой "форточкой", которая пока по продолжительности довольно короткая (всего около 50 пикосекунд), однако уже позволяет вставить сюда какое-нибудь событие. В самом конце пути следования светового потока устанавливалась еще одна линза, которая на этот раз собирала воедино разрозненный поток, который опять совпадал с первоначальным пучком света. Таким образом, заметить факт кратковременного разрыва светового луча человеческим глазом невозможно.
Проводимые физиками опыты похожи на ситуацию, когда железнодорожный состав пересекает оживленную трассу. Автомобиль вынужден остановиться на переезде, чтобы пропустить поезд, поэтому разрывается автомобильный трафик. Как только переезд открывается, автомобиль возобновляет движение и догоняет впереди идущий транспорт. Однако со стороны, в нескольких километрах от переезда, кажется, что трафик не прерывался, поскольку автомобили едут друг за другом в том же порядке.
Теперь задача ученых - увеличить временной промежуток "форточки" и довести его до миллисекунды. Предполагается, что разрабатываемая технология зарекомендует себя в качестве защиты при использовании оптоволоконных линий связи. В этом случае сигнал можно разделить на двтока, после чего снова соединить потоки воедино. Это сделает перехват сигнала практически невозможным.
Самой главной загадкой мироздания, которая интригует умы всего ученого мира, является кварк-глюонная плазма. Предполагается, что все вещество Вселенной до Большого взрыва, произошедшего около 15 млрд. лет назад, представляло собой именно кварк-глюонную плазму. Сейчас такого вида материя может образовываться в результате столкновения частиц с высокими значениями энергии. В 2005 году кварк-глюонная плазма была получена экспериментальным способом при помощи ускорителя RHIC, установленного в Брукхейвенской национальной лаборатории. Спустя пять лет в этой же лаборатории ученые получили плазму с температурой 4 триллиона градусов по Цельсию. В прошлом году удалось достичь рекордной на сегодняшний день температуры в 10 триллионов градусов с помощью новейшего микроскопа под названием «БАК».
БАК представляет собой громаднейшее устройство, изготовленное в виде бублика, имеющего окружность порядка 27 км. Окружность устройства пролегает на границе Швейцарии и Франции на глубине 50-175 метров под землей. Суть проводимых с помощью БАКа опытов заключается в следующем – из разных концов окружности по кольцу на огромной скорости двигаются навстречу друг другу два пучка частиц, после чего, сталкиваясь, образуют что-то наподобие Большого взрыва. Стоит отметить, что скорость частиц в момент столкновения практически достигает световой скорости.
Как говорит директор Института ядерных исследований Российской академии наук Виктор Матвеев, взрыв, после которого образовалась современная Вселенная, был значительно мощнее тех взрывов, которые моделировались в БАКе. Однако такие опыты необходимы, чтобы обнаружить новые состояния материи, которые имели место в первые секунды зарождения Вселенной. Речь идет о так называемой кварк-глюонной плазме.
Теперь ученым из Венского технического университета удалось получить новые сведения об этом веществе. Выяснилось, что кварк-глюонная плазма может быть менее вязкой, чем полагалось ранее в соответствии с представлением о зарождении Вселенной. Отсюда можно сделать вывод, что Вселенная рождалась в довольно жидкой среде. Ученые убеждены, что им удалось в итоге получить идеально жидкую плазму.
Но рассчитать степень жидкости плазмы стандартными методами не представляется возможным. Поэтому для необходимых расчетов применяются различные теоретические модели. Одно можно сказать точно – вязкость плазмы, полученной в БАКе, может иметь даже «ненулевое» значение, так как ее показатели вязкости намного меньше вязкости сверхжидкого гелия. Новые данные будут проверены в ходе дальнейших экспериментов в БАКе.
Международной группе исследователей-астрономов удалось обнаружить необычное физическое явление – 8-образное магнитное поле. Ранее предполагалось, что существует высокая вероятность существования в глубинах Вселенной магнитных полей с необычными формами, однако обнаружить такие поля практически до недавнего времени не удавалось.
Стоит напомнить, что магнитное поле имеет свойство распространяться от какого-либо объекта больших размеров, например, от звезд или планет. Распространение магнитного поля происходит равномерно по всем сторонам и схематически очертания поля напоминают форму шара. Такова природа магнитного поля Луны, Земли, Солнца и практически 100% иных космических тел. Как говорят ученые, сегодня очень трудно предположить о существовании объектов Вселенной, имеющих какое-либо иное магнитное поле.
Исследователи Джозеф Гират (Институт космических исследований Каталонии), Рампарсад Рао (Центр астрономии и астрофизики Тайваня) и Дэн Мэррон (Астрофизический центр Гарварда) занимались изучением одного из регионов зарождения новых звезд, который находится в районе созвездия Персея. В ходе наблюдений была обнаружена интересная система из двух протозвезд, которая получила наименование NGC 1333 IRAS 4A. Обнаруженная система находится на довольно небольшом расстоянии от нашей планеты – около 980 световых лет.
По словам ученых, исследования показали, что находящийся в межзвездных облаках материал имеет достаточно высокую плотность, чтобы заставить поле гравитации коллапсировать, тем самым деформируя магнитное поле, которое излучается формирующимися новыми звездами. Как говорит Дэн Меррон, выбор астрономов пал именно на эту систему, так как результаты предыдущих исследований подтвердили догадки ученых о вероятности наличия здесь магнитного поля, напоминающего по форме цифру «8», или песочные часы. Оставалось лишь подтвердить наличие такого поля практически.
На сегодняшний день в звездной системе NGC 1333 IRAS 4A находится одно из самых плотных межзвездных облаков, масса которого больше массы Солнца более чем в 130 тыс. раз. По предположениям астрономов, кроме газа и пыли в этом облаке также могут находиться и более тяжелые вещества. Ученые утверждают, что система NGC 1333 IRAS 4A является самым идеальным местом для образования новых звездных объектов Вселенной. Кроме этого регион NGC 1333 IRAS 4A находится на относительно небольшом расстоянии по отношению к нашей планете, поэтому наблюдать процессы формирования новых космических объектов здесь очень удобно.
Открыть магнитное поле с необычной формой помог факт образования межзвездным веществом поля 8-образной формы. Ученые предполагают, что примерно через 1 млн. лет магнитное поле преобразуется и будет представлять собой два шара, находящихся недалеко друг от друга. К этому времени формирование двух звезд как раз будет завершено.
Интересным фактом является то, что ученым давно известно о необычной поляризации межзвездного вещества в регионе IRAS 4A. Однако объяснить этот факт представляется возможным лишь только в будущем.
Ученые еще на шаг приблизились к созданию материала, способного скрывать накрываемые им объекты, делая их в прямом смысле слова невидимыми. Впервые разработчики материала представили свои выводы в научных журналах Science и Nature, заодно продемонстрировав, что новый материал способен скрывать объект во всех трех плоскостях пространства.
В основе работы материала лежит принцип преломления высокочастотных волн. Сами создатели из американского Университета Калифорнии в Беркли называют свою разработку метаматериалом. Изюминка материала заключается в "обратном преломлении" видимого света.
На практике это означает, что свет способен переходить на другую сторону материала таким образом, как будто он проходит сквозь материал и то, что под ним визуально кажется скрытым.
Фактически с обратной стороны материал отображает лучи света с незначительным преломлением, примерно также, как-будто свет проходит сквозь стеклянный стакан с чистой водой. Разработчики метода говорят, что факт искажения объектов конечно присутствует и его видно, но в перспективе специалисты намерены добиться четкой трансформации лучей света на обратную сторону материала.
"Метаматериал - это искусственно созданные инженерных структуры, в природе нет ничего подобного с такими же необычными оптическими свойствами. Эта система способна изменить расположение электромагнитных волн, что приводит к обратному преломлению света в микроволновом диапазоне", - пишут авторы в журнале Science.
Они также отмечают, что до сих пор эффективность сокрытия материалов была доказана только на двухмерных материалах. Сейчас же физики работают над многомерными структурами.
Ученые еще на шаг приблизились к созданию материала, способного скрывать накрываемые им объекты, делая их в прямом смысле слова невидимыми. Впервые разработчики материала представили свои выводы в научных журналах Science и Nature, заодно продемонстрировав, что новый материал способен скрывать объект во всех трех плоскостях пространства.
В основе работы материала лежит принцип преломления высокочастотных волн. Сами создатели из американского Университета Калифорнии в Беркли называют свою разработку метаматериалом. Изюминка материала заключается в "обратном преломлении" видимого света.
На практике это означает, что свет способен переходить на другую сторону материала таким образом, как будто он проходит сквозь материал и то, что под ним визуально кажется скрытым.
Фактически с обратной стороны материал отображает лучи света с незначительным преломлением, примерно также, как-будто свет проходит сквозь стеклянный стакан с чистой водой. Разработчики метода говорят, что факт искажения объектов конечно присутствует и его видно, но в перспективе специалисты намерены добиться четкой трансформации лучей света на обратную сторону материала.
"Метаматериал - это искусственно созданные инженерных структуры, в природе нет ничего подобного с такими же необычными оптическими свойствами. Эта система способна изменить расположение электромагнитных волн, что приводит к обратному преломлению света в микроволновом диапазоне", - пишут авторы в журнале Science.
Они также отмечают, что до сих пор эффективность сокрытия материалов была доказана только на двухмерных материалах. Сейчас же физики работают над многомерными структурами.
- Научные труды...
- Видеоматериалы
- Каталог физических демонстраций
- 1. Механика...
- 2. Колебания и молекулярная физика...
- 3. Электричество и магнетизм...
- 3.1 Электрическое поле
- 3.2 Проводники в электрическом поле
- 3.3 Энергия электрического поля
- 3.4 Постоянный электрический ток
- 3.5 Магнитное поле
- Политика
- Солнечная система
- Эфир
- Ацюковский В.А. Лекции
- Черепенников В.Б. Науке нужна защита от лженаучных мошенников. Монография.
- Российской академии наук фундаментальная наука не нужна. Монография. Черепенников В.Б.
- Псевдонаучные труды (критика)
- Псевдонаучные статьи (обсуждение)
- Полемические статьи (обсуждение)
На сайте:
Интернет-журнал Ньютоновские чтенияНовости наукиПолитикаСолнечная система07.03.2023 09:50