| ||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||
![]() |
![]()
1. Космология
В этом году NASA впервые обнародовало полную детальную
карту распределения в окружающем нас пространстве космического
микроволнового фона (реликтового излучения) - своеобразного
микроволнового "эха" Большого взрыва. Ученые создали эту
карту, исходя из данных, собранных спутником Wilkinson
Microwave Anisotropy Probe (WMAP, зонд для исследования
микроволновой анизотропии имени Дэвида Вилкайнсона) на
протяжении 12 месяцев полета. Результаты подтверждают
инфляционные модели Вселенной и дают информацию о времени
появления первой генерации звезд.
Судя по этим данным, нашей Вселенной
приблизительно 13,7 миллиардов лет, а самые первые звезды во
Вселенной сформировались спустя всего лишь 200 миллионов лет
после Большого взрыва. Результаты также свидетельствуют в
пользу модели чрезвычайно протяженной "бесконечной" и
"плоской" Вселенной, которая состоит из 4% обычного
(барионного) вещества, 23% темной материи и 73% темной
энергии. Надо сказать, что результаты, полученные WMAP,
большинство авторитетных научных изданий ставят теперь на
первое место среди всех научных достижений 2003 года.
Однако в октябре этого года космологи из
Франции и США предположили, что пространство
нашей Вселенной может быть не только конечным (при этом оно
относительно невелико), но и "свернутым" в виде
двенадцатигранника. Они утверждают, что эта форма поможет
объяснить несоответствия между прежними теориями и новыми
данными WMAP для больших пространственных углов.
2. Физика элементарных частиц
Информация о первой из новых частиц была
обнародована в апреле, когда
калифорнийские физики из Стэнфорда, занятые в эксперименте
BaBar, сообщили о новом D-мезоне ("Ds (2317)"),
который, скорее всего, должен содержать четыре кварка
(небывалая конфигурация) - впрочем, эта интерпретация так и не
была подтверждена.
Два месяца спустя появилась информация об
открытии пентакварка - частицы с 5
кварками, - обнародованная американскими исследователями. Эта
новая частица должна была содержать два "верхних" кварка, два
"нижних" и один "странный" антикварк. Большинство же других
частиц является либо мезонами, состоящими из пары
кварк-антикварк, либо барионами, которые включают в себя либо
три кварка, либо три антикварка (к числу таких частиц
относятся и нуклоны - протоны и нейтроны, из которых состоит
весь привычный нам мир и мы сами).
И, наконец, в ноябре ученые из коллаборации
Belle японской лаборатории KEK заявили об обнаружении новой субатомной частицы, которую назвали "X (3872)". Эта частица также не
вписывается ни в одну из известных схем, и исследователи
полагают, что имеют дело с неизвестным до настоящего времени
типом мезонов, который содержит четыре кварка.
3. Конденсаты
В июле физики из Университета Киото в Японии
заявили, что впервые наблюдали бозе-конденсацию в газе,
состоящем из атомов иттербия. Иттербий отличается от
большинства других элементов такого рода тем, что имеет два
валентных электрона, а не один, и поэтому способен переходить
в немагнитное состояние. Такие новые конденсаты могут быть
использованы в экспериментах, связанных с исследованиями в
области фундаментальной симметрии.
Несколько недель назад австрийские и
американские исследователи получили бозе-конденсат бозонных
молекул из газа фермионных атомов. Это крупное достижение
подводит физиков ближе, чем когда либо ранее, к заветной цели
всех исследований в области ультрахолодного атомарного газа -
наблюдению сверхтекучести в ферми-газе.
4. Оптика и электромагнетизм
К крупнейшим достижениям в оптике относятся
также первое наблюдение так называемого "обратного эффекта Доплера" в
линии передачи, исследование "оптических вихрей" и
фокусировка света с наименьшим размером светового пятна.
Немецкие исследователи сумели сконцентрировать лазерный пучок
в области всего лишь в 0,06 квадратного микрона, что
составляет почти половину от предыдущего такого рекорда.
5. Квантовые компьютеры
В 2003 году было сделано несколько важных
шагов на пути к созданию реально работающего квантового
компьютера. "Кубиты"
("Qubits") - квантовые эквиваленты обычных битов - были
получены на основе пойманных в ловушку фотонов, атомов и
ионов, однако на современном этапе требуется построение
реально работающих устройств и системам на основе твердых тел.
А это все еще остается недоступным.
В феврале, однако, некая группа физиков
опубликовала сообщение об первом успешном "запутывании" двух
"кубитов" в твердотельном устройстве, а еще одна группа
продемонстрировала новый тип сверхпроводящего "кубита".
В августе третья группа описала создание
логической схемы с помощью двух электронно-дырочных пар -
также известных под названием "экситоны" - в квантовой точке.
Самым важным считается то, что исследователи показали, что
квантово-точечная система может вести себя подобно логическому
элементу "НЕ".
6. Квантовая оптика
С 2003 годом связана первая демонстрация
"одноатомного" лазера исследователями из Калифорнийского
технологического института - они заманили в ловушку атом
цезия. Свет, испускаемый устройством, связан с "антимодуляцией
фотона", что делает его более управляемым, чем свет от обычных
лазеров. Такой лазер может найти широкое применение в
квантово-информационных технологиях.
О другом крупном достижении стало известно
совсем недавно в декабре, когда американские и российские
физики объявили, что сумели "остановить" свет в газе из
разогретых атомов. Подобная техника поможет лучше и точнее
управлять непосредственно световым потоком и, вероятно,
получит применение в оптических коммуникациях и
квантово-информационных системах. Ранее эксперименты с
"остановленным" светом позволяли только сохранять "след"
световых импульсов - это что-то подобное созданию голограммы,
- однако новый подход позволяет заманивать в ловушку
фактически фотонный сигнал.
7. Электричество из воды
В их установке вода проталкивается сквозь
крошечные микроканалы в стеклянном диске, при этом возникает
небольшая разность потенциалов. Это позволяет непосредственно
преобразовывать энергию движущейся жидкости в электричество
без любых дополнительных движущихся частей или нежелательного
загрязнения окружающей среды. Концепция все еще нуждается в
некоторой доработке, но утверждается, что такой источник
питания может использоваться в батареях для маленьких
электронных устройств вроде мобильным телефонов. Впрочем, не
все согласны с тем, что этот способ получения электроэнергии
действительно нов, и уж тем более достаточно скептиков,
которые убеждены, что он вряд ли будет иметь какое-либо
практическое применение.
8. Магнетизм
Кобальт претендует на включение в книгу
рекордов: группа европейских физиков выяснила, что его энергия
магнитной анизотропии (magnetic anisotropy energy - MAE,
зависимость магнитных свойств от выделенного направления)
составляет приблизительно 9,3 мэВ на атом - это больше, чем у
каких-либо других материалов, известных на настоящее время.
Энергия магнитной анизотропии определяет степень
"замороженности" атомных магнитных моментов в материале. При
всем при том кобальт самария, который широко используется в
качестве постоянного магнита, имеет MAE всего лишь 1,8 мэВ на
атом кобальта.
Физики также впервые в пределах субатомной
шкалы наблюдали перемещение границ магнитных доменов. Это
удивительное достижение открывает целое новое направление в
фундаментальных исследованиях в физике конденсированного
вещества и может даже привести к созданию новых магнитных
материалов.
9. Новые сверхпроводники
Физики из Университета Токио исследовали новый
сверхпроводник, состоящий из калия, осмия и кислорода. Работа,
которая только готовится к публикации, описывает материал
"пирохлор" ("pyrochlore") - KOs2O6, -
температура перехода в сверхпроводящее состояние у которого
равна 9,6 K - при этом он способен оставаться сверхпроводником
в мощном магнитном поле.
Ранее в этом году другая группа японских
физиков обнаружила, что окись кобальта может быть
преобразована в сверхпроводник путем простого добавления воды.
Исследователи подозревают, что поведение высокотемпературных
меднокислых сверхпроводников и материалов на основе окиси
кобальта может быть описано с помощью одних и тех же
физических законов.
10. Ядерные превращения под воздействием
лазера
И, наконец, физики продемонстрировали
возможность превращения одних радиоизотопов в другие под
воздействием излучения лазера. Это крупное достижение может
оказаться жизненно важным с точки зрения безопасного хранения
и избавления от радиоактивных отходов в будущем.
Исследователи из Стратклайдского университета,
Университета Глазго, Имперского колледжа, Аплтоновской
лаборатории Резерфорда и германского Института трансурановых
элементов в Карлсруэ показали, что иод-129 (период полураспада
которого составляет 15,7 миллионов лет) может быть
преобразован в короткоживущий иод-128 с помощью источника на
основе лазера, генерирующего гамма-лучи (иод-128 имеет период
полураспада 25 минут).
![]()
Ученые уже давно предсказывали
наличие группы небольших астероидов, обращающихся вокруг
Солнца по орбитам, близким к орбите Меркурия. Но до сих пор ни
один из таких объектов не был найден. В начале этого месяца
поиск этих так называемых Вулканоидов (Vulcanoids) проводился
не только с помощью высотных реактивных самолетов F-18, как
прежде, но и с помощью камеры, установленной на суборбитальной
ракете. Однако основным результатом миссии стало первое
изучение Меркурия с помощью так называемого "ультрафиолетового
спектрографа". Суборбитальная ракета NASA Black Brant доставила два
новых прибора в околоземное пространство, на высоту около 260
километров. Один из этих приборов предназначен для
исследований Меркурия, а другой - собственно для поисков
Вулканоидов (так называемый VULCAM). Возможно, эти наблюдения
еще приведут к открытию Вулканоидов, но пока данные толком не
обработаны (анализ будет проводится в течение ближайших
недель). Проект осуществляется под руководством специалистов
из американского Юго-западного научно-исследовательского
института в Боулдере (Southwest Research Institute in Boulder,
штат Колорадо - SwRI). Предполагается, что будущие поиски
Вулканоидов могут проводиться и с помощью частных космопланов
вроде тех, что участвуют в соревновании за X-приз (призовой
фонд которого составляет 10 миллионов долларов).
Вулканоиды названы так по имени римского бога огня и
обработки металлов Вулкана (соответствует греческому Гефесту).
По мнению теоретиков, есть самые серьезное основания
предположить существование таких астероидов. Дело в том, что в
районе орбиты Меркурия есть гравитационно устойчивые участки
пространства, где просто обязаны собираться подобные
"камешки". Все аналогичные участки гравитационной устойчивости
в Солнечной системе действительно содержат какие-нибудь
космические объекты. Примерами могут служить пояс астероидов
между орбитами Марса и Юпитера и пояс Койпера за орбитой
Нептуна. Кроме того, испещренная кратерами поверхность
Меркурия ясно показывает, что в прошлом эта планета имела
множество столкновений с какими-то небесными объектами.
Согласно компьютерным моделям, околосолнечное пространство
должно было сохранить хотя бы некоторые из этих объектов,
оставшихся здесь с самых первых лет существования планетной
системы. Если же эта область была каким-то образом "вычищена",
то важно отыскать первопричину этих странных процессов. Тогда
нужно рассматривать, по крайней мере, две возможности: либо мы
имеем дело с неправильно истолкованными законами физики, либо
Меркурий когда-то давно мигрировал через внутреннюю часть
Солнечной системы и вышел "на чистое место".
Поскольку гипотетические астероиды находятся слишком
близко от Солнца, то обычные телескопы и "Хаббл" не могут их
разглядеть без риска повреждения своей оптики. Исследования,
связанные с Вулканоидами, раньше проводились с земли во время
затмений и в утренних и вечерних сумерках. Кроме того,
астрономы всегда стремились поднять свои приборы повыше и даже
выйти за пределы земной атмосферы для получения лучших
изображений - небо тогда становится более четким и более
темным. Однако главной задачей этой последней миссии была
все-таки проверка работоспособности почти 500-фунтового (свыше
200 кг) очень чувствительного ультрафиолетового спектрографа,
способного собрать УФ-излучение от Меркурия и разложить его на
составные цвета так, чтобы исследователи могли
проанализировать, какие разновидности минералов содержит
поверхность планеты. По тем же самым причинам, по каким
исследования Вулканоидов затруднены в ярком свете Солнца,
получение качественных ультрафиолетовых спектров из
окрестностей нашего светила до последнего времени было
невозможным. Теперь же новая техника дает относительно
недорогой способ исследований Меркурия, Венеры, а также комет,
приближающихся к Солнцу. Кроме всего прочего, эти наблюдения
позволят лучше спланировать грядущий полет аппарата NASA по
имени MESSENGER к Меркурию. Источники:
Физики из
MIT-Harvard Centre for
Ultra-Cold atoms (Центра
ультрахолодных атомов, созданного совместно Массачусетским
технологическим институтом и Гарвардским университетом)
охладили 2500 атомов натрия до половины миллиардной части
градуса выше абсолютного нуля - температуры, при которой
колебания атомов почти полностью замирают. В результате
получается ни много ни мало как принципиально новое, пятое
состояние вещества (если считать таковыми твердое, жидкое,
газообразное и плазму; при желании к этому списку "стихий"
можно добавить и недавно полученную
кварк-глюонную
плазму
) - так называемый конденсат Бозе
- Эйнштейна . Главная особенность
данного конденсата состоит в том, что образующие его атомы
переходят на самый низкий из всех возможных энергетических
уровней, утрачивают свою самостоятельность и начинают себя
вести подобно единому гигантскому атому - получается своего
рода "атомный снежок". Образуется совершенно новый необычный
тип вещества, в макроскопических масштабах обладающего
волновыми свойствами, присущими любой "настоящей" элементарной
частице.
Принципиальная возможность перевода вещества в такое
состояние (бозе-конденсация) была предсказана индийским
физиком Шатьендранатом Бозе в 1924 году (для фотонов) и в том
же году теория была развита знаменитым Альбертом Эйнштейном
(уже применительно к молекулам идеального газа). Однако
получить бозе-конденсат на практике физикам удалось лишь в
самом конце XX века (в 1995 году). Американцы Эрик Корнелл,
Карл Вейман и немец Вольфганг Кеттерле были в 2001 году
удостоены Нобелевской премии по физике именно за получение
конденсата Бозе - Эйнштейна в разреженных газах из атомов
щелочных металлов (рубидия и натрия) и за исследование свойств
этого конденсата.
Чтобы охладить атомы до небывалых температур,
используют комбинацию двух новейших методов глубокого охлаждения:
лазерное охлаждение и охлаждение испарением. Ученые "заманивают"
миллионы охлаждаемых атомов в магнитную ловушку, уравновешивая
гравитационное поле магнитным, затем замедляют их движение лазерами
(фокусированный лазерный пучок индуцирует электромагнитный дипольный
момент в атомах, вследствие чего они "привязываются" к интенсивным
электромагнитным полям в лазерном фокусе) и опять же лазерным лучом
"отгоняют" самые быстрые горячие атомы (самые энергичные атомы
убегают, а "остывшие" атомы задерживаются - эту технику называют
"испарительным охлаждением" - 'evaporative cooling'), пока не
остается некоторое количество окончательно замерзших,
"обездвиженных". По окончанию этого этапа эксперимента частично
уплотнившееся газовое облако содержало около полмиллиона атомов и
имело температуру приблизительно 30 нанокельвинов
(3x10-8K). Потом позволили газу расшириться. Как
известно, температура в газе - это показатель средней скорости
движения атомов. Когда газ расширяется, атомы распространяются по
всему предоставленному им объему и замедляются (процесс называется
"адиабатическая декомпрессия" - 'adiabatic decompression'). Прямое
следствие этого процесса - понижение температуры. В последнем
эксперименте атомы имели среднюю скорость всего лишь 1 мм/с, а
температура упала до 450 пикокельвинов (4,5x10-10K). Это в шесть раз ниже, чем
предыдущий температурный рекорд, установленный для тех же
бозе-конденсатов.
"Ни один
естественный объект в известной нам части Вселенной не имеет
столь низкой температуры", - говорит Аарон Линхардт (Aaron
Leanhardt), который принимал участие в нынешних исследованиях
по получению ультрахолода. Даже глубокий космос горячее в
шесть миллиардов раз (температура вдали от звезд - около 3 К).
В естественных условиях рекорд принадлежит
туманности
Бумеранг
(за счет быстрого истечения
газа охладившейся до -272°C, то есть порядка 1 K).
Такие
ультрахолодные атомы могли бы привести к совершенствованию
интерферометров и к созданию более точных хронометров. Ведь
принцип работы атомных часов основан на измерении времени с
помощью частоты ядерных переходов в атомах. Когда атомы
"горячи", их движение заставляет частоту "плавать", тогда как
холодные атомы все укладываются в одно и то же квантовое
состояние. Кроме того, исследователи собираются заняться
изучением взаимодействия таких ультрахолодных атомов с
поверхностями комнатной температуры. Теория предсказывает, что
в этом случае должно наблюдаться так называемое квантовое
отражение. А помимо получения сугубо научных результатов,
физики претендуют теперь на упоминание в Книге Гиннесса.
Источники:
![]()
|
|