Новости науки
Представьте себе мир без искусственного изменения климата, нехватки энергетических ресурсов или зависимости от нефти. Это может звучать как утопия, но инженеры из Университета Теннесси (UT), Ноксвилл, сделали гигантский шаг на пути к воплощению этого сценария в жизнь.
Они успешно разработали ключевые технологии для сборки экспериментального реактора, который может продемонстрировать возможность использования термоядерной энергии для энергетики.
Ядерный синтез обещает поставлять больше энергии, чем ядерное деление, которое сегодня используется в атомных электростанциях, но с гораздо меньшим риском.
Профессора Дэвид Ирик, Мадху Мадхукар и Масуд Паранг участвуют в проекте с участием США и пяти других стран, включая Европейский союз, известного как ИТЭР.
На этой неделе участники успешно завершили важный этап тестирования своей технологии, которая будет изолировать и стабилизировать центральный соленоид– основу реактора.
В рамках проекта ИТЭР строится термоядерный реактор, который направлен на производство энергии в 10 раз большей, чем он потребляет. Объект находится на строительстве возле исследовательского центра Кадараш, Франция, и начнет свою работу в 2020 году.
“Цель ИТЭР — принести термоядерную энергию на коммерческий рынок”, –сказал Мадхукар. “Термоядерный синтез является более безопасным и более эффективным, чем ядерная энергия деления. Нет никакой опасности в неконтролируемых реакциях, которые имели место в Японии и в Чернобыле, и малом количестве радиоактивных отходов”.
В отличие от сегодняшних реакторов ядерного деления, управляемый термоядерный синтез использует процесс слияния, а не деления. В основных ядерных реакциях, которые планируется использовать в термоядерном синтезе, будут применяться изотопы водорода: дейтерий и тритий. В результате слияния атомов изотопов образуется плазма, температурой порядка 100 миллионов градусов.
В качестве реактора, для слияния атомов дейтерия и трития используется так называемый токамак-реактор (тороидальная камера с магнитными катушками).
Токамак-реактор использует магнитные поля для удержания горячей плазмы, электрически заряженный газ, который служит в качестве реакторного топлива, в форме тора. Центральный соленоид состоит из шести гигантских катушек, уложенных друг на друга, и играет две главные роли: создания плазмы и руля тока плазмы.
Для покрытия внутренностей центрального соленоида необходимы стекловолокно и эпоксидная химическая смесь, которая остается стабильной и прочной при высоких температурах. Специальная смесь обеспечивает электрическую изоляцию и прочность. Процесс пропитки должен протекать в нужном темпе, с контролем температуры, давления и расхода материала.
На этой неделе команда UT протестировала технологию на своем макете центрального проводника соленоида.
“Чем выше температура, тем меньше вязкость, но в то же время, чем выше температура, тем короче срок службы эпоксидной пропитки”.
Потребовалось два года, чтобы разработать технологию, более двух дней для пропитки макета центрального соленоида.
ИТЭР предназначен для демонстрации научной и технической осуществимости термоядерной энергии, он станет крупнейшим токамаком в мире. Как член проекта ИТЭР, США получает полный доступ ко всем технологиям и научным данным ИТЭР. Вся стоимость проекта распределяется между странами-партнерами (Страны ЕС, Индия, Китай, Республика Корея, Россия, США, Япония).
Учёные исследовали потенциальную пригодность семян растений служить переносчиками жизни, распространяясь по Вселенной на поверхностях небесных тел. Для этого астрономы испытали способность семян восстанавливаться после сильных ударных нагрузок. Результаты показали, что семена не выжили бы на маленьком астероиде во время мощного соударения, но могли перенести ударную волну, будучи расположенными в отдалённой части большой планеты.
Метеориты и астероиды врезаются в нашу планету довольно часто – в масштабах истории Земли как космического объекта. Именно такие столкновения зачастую считают причиной массовых вымираний в земной истории. Но кроме этого, некоторые учёные считают, что такие столкновения могли принести на нашу планету жизнь – так называемая гипотеза панспермии (дословно «жизнь повсюду»), согласно которой живые организмы могут переноситься в пространстве на поверхности космических тел, распространяясь таким образом по всей Вселенной.
Астрономы не устают подвергать критике эту смелую теорию, проводя одну проверку за другой – исследователи Дж. А. Лейз (J.A. Leighs), П. Дж. Хазелл (P.J. Hazell), Г. Дж. Эпплби-Томас (G. J. Appleby-Thomas) из Кренфилдского университета, Суиндон, UK, задались вопросом: смогут ли семена растений – в частности, ими был выбран кресс-салат Lepidium sativum – выжить после воздействия сильных ударных нагрузок?
Семена были герметично закапсулированы и затем подвержены воздействию серии ударов. После каждой ударной нагрузки семена восстанавливались на 100% до достижения предельного значения усилия в 0,8 Гпа (для сравнения – атмосферное давление примерно равняется 0,1 МПа, то есть почти в 10000 раз меньше). Проведённые по завершении экспериментальной части расчёты показали, что семена смогли бы выжить в столкновении с астероидом на скорости до 45 км/с.
Таким образом учёные показали, что если говорить о принципиальной осуществимости, то гипотеза панспермии вполне жизнеспособна. Выводы из их работы могут дать другим учёным возможность не исключать, что жизнь могла переноситься в космосе, например на планетах-странниках – межгалактических «бродягах» вытолкнутых из своих галактик.
Исследование опубликовано в июльском выпуске журнала Icarus.
Ученые из Военно-морской Научно-исследовательской лаборатории (NRL) в настоящее время ведут работы в области создания подводных фотоэлектрических элементов с широкой запрещенной зоной, которые будут способны производить достаточно энергии для работы электронных сенсорных систем на глубине до 9 метров.
На сегодняшний день функционирование подводных автономных систем и сенсорных платформ сильно ограничено из-за отсутствия стабильных и продолжительных источников энергии. Все подобные системы используют энергию, поставляемую с берега, либо получают питание от аккумулятора, который имеет достаточно ограниченный срок службы.
Попытки использовать фотоэлементы для подводных систем до настоящего времени также имели ограниченный успех, в первую очередь из-за нехватки проникающего солнечного света. Ведь солнечные батареи в большинстве своем оптимизированы под наземный солнечный спектр.
Несмотря на абсолютную интенсивность солнечной радиации под водой, спектральный состав света узок. Следовательно, высокая эффективность преобразования солнечного света станет достижима, если фотоэлектрический элемент будет оптимизирован под диапазон определенных длин волн.
Предыдущие попытки разработки подводных солнечных батарей были основаны на использовании кристаллических кремниевых солнечных элементов и затем аморфных кремниевых элементов.
Однако, ученые установили, что
для подводной работы наиболее подходящими являются высококачественные элементы из фосфид-индия-галлия (GaInP). Эти элементы обладают высокой квантовой эффективностью в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм (видимый свет) и, по сути, производят темновой ток, что имеет решающее значение для обеспечения высокой эффективности в условиях низкой освещенности.
Кроме того, фильтрованный под водой солнечный спектр смещен в сторону сине/зеленой его части, что дает дополнительное преимущество использованию элементов GaInP с более широкой запрещенной зоной.
Предварительные результаты при максимальной глубине 9,1 метра показали выходную мощность 7 Ватт на 1 кв.м. солнечных батарей.
Астрономы, изучая необыкновенно гладкую поверхность спутника Сатурна Атласа, пришли к выводу, что на поверхности планеты протекают процессы стирания кратеров, вызванные миграцией левитирующего верхнего слоя мельчайших частиц.
Небольшой спутник Сатурна Атлас имеет форму тарелки, что обусловлено его способностью притягивать частицы из ближайшего к нему кольца Сатурна. Но постоянная бомбардировка частицами не может служить единственной причиной невероятной гладкости поверхности Атласа, потому что ещё один спутник Сатурна Прометей, расположенный неподалёку, не может похвастать ровной поверхностью, будучи подверженным такой же бомбардировке.
Детальное исследование поверхности Атласа, проведённое Наоюки Хиратаа (Naoyuki Hirataa) из университета Токио, Япония, и Хидеаки Миямото (Hideaki Miyamoto) из Института исследования планет, Туксон, США, выявило о ней интересные подробности. Во-первых, поверхность спутника была покрыта мельчайшими частицами размером до нескольких десятков микрон. Во-вторых, на ней почти не оказалось вулканических кратеров. И наконец, она выглядела идеально ровной на всём протяжении от экваториального гребня до волнистых полярных регионов. Всё это явно указывало на какую-то деятельность, приводящую к выравниванию вулканических кратеров.
После проведения электростатического анализа учёные предложили гипотезу, согласно которой верхний слой мельчайших частиц мог стать электростатически нестабильным. Эта нестабильность заставила пыль подниматься в воздух и мигрировать, затем осаживаясь на поверхность и заполняя таким образом вулканические кратеры. Это и привело к выравниванию рельефа планеты.
Исследователи считают, что пока Атлас является единственным обнаруженным объектом, формирование поверхности которого сопровождается левитацией пыли.
Работа опубликована в июльском выпуске журнала Icarus.
Физики из Калифорнийского университета в Беркли (США) и Венского университета (Австрия) разработали схему лабораторного интерферометрического опыта, в котором можно наблюдать гравитационный аналог эффекта Ааронова — Бома.
Оригинальный — электромагнитный — вариант эффекта был охарактеризован экспериментально и теоретически в середине ХХ века. Суть его заключается в том, что квантовая частица, в отличие от классической, испытывает влияние электромагнитного поля даже там, где напряжённость электрического поля и магнитная индукция обращаются в нуль, но скалярный и (или) векторный потенциалы поля отличны от нуля. Формально обосновать возможность такого влияния несложно: достаточно заметить, что уравнение Шрёдингерадля волновой функции заряженной частицы во внешнем электромагнитном поле содержит потенциал последнего, который определяет фазу волновой функции. При корректном выборе геометрии опыта это даёт наблюдаемый интерференционный эффект, сохраняющийся и при отсутствии прямого силового воздействия на частицу.
Традиционно эффект Ааронова — Бома регистрировался в экспериментах с электронами. Монохроматический пучок частиц разделяли надвое, а полученные пучки обтекали рассеиватель — миниатюрный соленоид, магнитным потоком которого можно было управлять. После объединения пучков физики изучали интерференционную картину и убеждались в том, что её параметры зависят от величины охватываемого магнитного потока и соответствуют расчётам.
Эти наблюдения серьёзно повлияли на развитие теории, подтвердив, что понятие силыпри формулировке законов лучше заменить понятием потенциала. Если раньше электромагнитные потенциалы могли рассматриваться как чисто математические конструкты, то теперь их связь с непосредственно измеряемыми величинами считается доказанной.
Новое исследование обнаружило, что распределение тепла, выделяющегося при извержениях вулканов на поверхности спутника Юпитера Ио, указывает на то, что общепринятая модель внутреннего разогрева поверхности этой планеты значительно устарела. Тепло, выделяющееся из сотен извергающихся вулканов Ио, указывает на сложный, многослойный источник, утверждают исследователи. Эти результаты были получены после обработки сведений, собранных космическими миссиями НАСА Voyager (“Вояджер”) и Galileo («Галилео») и наземными телескопами и появились в июньском выпуске журнала Icarus.
Карта участков разогрева, классифицированных по количеству выделяющейся теплоты, показывает глобальное распределение и охватывает широкий диапазон разнообразных проявлений вулканической активности на Ио.
Многочисленная команда учёных во главе с Гленом Видером (Glenn Veeder) из института Bear Fight в Винтроп, Вашингтон, исследовала в основном данные, полученные космическими аппаратами НАСА, но также рассматривала и результаты наблюдений, проведённых инфракрасными телескопами, расположенными на Земле.
Группа обнаружила, что распределение тепловой эмиссии по поверхности Ио указывает на то, что нагревание спутника происходит не только на небольших глубинах за счёт приливных сил, как предполагалось ранее, но имеет более сложный характер, указывающий на совместное действие как неглубокого, так и глубинного подповерхностного разогрева.
Это исследование поможет учёным лучше понять механизмы процессов нагревания под действием приливных сил и применить полученные знания к изучению соседки Ио Европе, приоритетной цели НАСА для поисков внеземной жизни.
Element Six, входящий в конгломерат De Beers ведущий разработчик и поставщик передовых материалов на основе синтетических алмазов, впервые продемонстрировал способность квантовой памяти более секунды сохранять стабильность при комнатной температуре.
В эксперименте, проводившемся при участии Гарвардского университета, Калтеха, Института квантовой оптики Макса Планка, был использован синтетический кристалл Element Six с количеством примесей не более одной части на триллион, выращенный методом химического осаждения из паровой фазы. Кубит (квантовый бит) в нем сохранял поляризацию спина на протяжении нескольких минут, а когерентность памяти обеспечивалась почти две секунды — существенно дольше, чем планировали достигнуть, приступая к эксперименту.
Это рекордное достижение (обычно период стабильности квантовой памяти исчисляется микросекундами) выгодно выделяет синтетический алмаз на фоне альтернативных материалов и технологий, вдобавок нуждающихся в сложной инфраструктуре с криогенным охлаждением.
По словам руководителя проекта со стороны Гарварда профессора Михаила Лукина, универсальность системы и ее способность к масштабированию могут оказаться полезными для новых приложений квантовой информатики, например, в наноуровневом детектировании магнитных полей для визуализации химических и биологических процессов.
Результаты работы опубликованы в журнале Science.
Изображение облака атомов газа в "ловушке".
Квантовый мир не останавливается даже при абсолютном нуле температур, благодаря так называемым нулевым колебаниям. Однако этот квантовый эффект чрезвычайно сложно увидеть напрямую. Группа ученых из США в своей последней работе проанализировала фотографии газового облака, температура которого всего на несколько миллиардных долей градуса выше абсолютного нуля, чтобы выявить звуковые волны, являющиеся следствием нулевых колебаний, отделив их от классических тепловых флуктуаций. Хотя результат эксперимента во многом был ожидаем, ученым удалось на практике выявить своего рода «подпись» квантовых и тепловых колебаний.
Согласно законам квантовой механики, осциллятор (маятник или электронная система) не может иметь энергию, равную нулю. Он всегда сохраняет некоторые «нулевые» колебания даже при абсолютном нуле температуры. Одновременно электромагнитное поле в пространстве не равно нулю и постоянно колеблется. Усредненный эффект этих колебаний приводит к таким явлениям, как спонтанное излучение света атомами и сила Казимира между почти соприкасающимися объектами. Хотя эти эффекты хорошо изучены в теории, до сих пор для полноты этой картины научному миру не хватало только прямого наблюдения самих флуктуаций.
Необходимый шаг в этом направлении сделала группа ученых из Institute of Optics (США). Научная группа исследовала квантовые флуктуации, являющиеся следствием волн плотности в атомарном газе. Изначально они захватывали около тысячи атомов газа в специальной продолговатой тонкой «ловушке», а затем с помощью радиоволн охлаждали атомы до температуры, близкой к абсолютному нулю. После этого ученые фиксировали свет, отражающийся от «ловушки» с газовым облаком. Повторяя эту процедуру сотни раз, исследователи отметили присутствие флуктуаций плотности (или фононов) вокруг центральной области «ловушки».
Прямое измерение нулевых возбуждений этих волн крайне сложно, поскольку технически газ не может быть охлажден до абсолютного нуля. Волны со столь большой длиной волны и столь малой энергией никогда не «замирают» в своем нулевом состоянии, так что некоторые классические тепловые флуктуации остаются в газе и для чистоты эксперимента их необходимо тщательно отделять от квантового движения. Ученые считают, что даже после охлаждения до 4 нанокельвинов квантовые флуктуации вносят всего 20% вклада в изменяющуюся картину. Но, поскольку ошибка эксперимента меньше этой величины, сравнение измерений с теорией показало, что данный вклад при сформированных внешних условиях уже необходимо учесть.
Для учета этого вклада ученые рассмотрели колебания атомов газа в более длинной «ловушке», объединяя данные по соседним пикселям полученной картинки для поиска любых изменений в наблюдаемой картине. Теория, которая рассматривает только классические фононы, прогнозирует явное увеличение колебаний при увеличении длины «ловушки». Но квантовый вклад должен быть таким, что общее число колебаний не изменится. Таким образом, даже если предположения о соотношении квантовых и классических колебаний, высказанное исследовательской группой, было не верным, они ожидали, что картина, полученная при увеличении длины ловушки, должна четко указать, что квантовые флуктуации действительно были представлены. Как и ожидалось, проведенные измерения показали незначительное увеличение количества колебаний, что подтверждает, что квантовые флуктуации вносят свой вклад в рассматриваемую систему.
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.
Источник
Считается, что широкое распространение рентгеновских лазеров в научных лабораториях повлечет за собой микро-революцию в физике и биологии. Рентгеновские лазеры позволяют получать изображения веществ с атомным разрешением и наблюдать за многими физическими процессами изнутри.
На сегодняшний день основными препятствиями для повсеместного применения данных излучателей выступают их цена и габариты - размеры типичной лазерной установки приближаются к площади небольшого футбольного поля.
Группа физиков под руководством Тенио Попминтчева (Tenio Popmintchev) из университета штата Колорадо в городе Боулдер (США) разработала компактный рентгеновский лазер, умещающийся на письменном столе, научившись преобразовывать инфракрасное излучение в рентгеновские лазерные импульсы.
Попминтчев и его коллеги воспользовались тем, что атомы благородных газов - аргона и неона - можно накачать энергией таким образом, что через некоторое время они начнут синхронно излучать фотоны во всех диапазонах электромагнитного излучения. Это излучение будет относительно неоднородным - в нем будут присутствовать множество пиков и провалов.
Значительная часть таких пиков придется на ультрафиолетовую и рентгеновскую часть спектра, что позволяет использовать этот эффект для создания рентгеновского лазера. Однако для этого требуется специальный механизм накачки, позволяющий получить пики максимальной высоты и силы именно в рентгеновской области излучения.
Физики решили эту задачу при помощи специального алгоритма, изменявшего длину волны этого лазера в процессе накачки.
Изучая свойства недавно открытого спутника Плутона, учёные получили данные, свидетельствующие о том, что планеты в системах с двойными звёздами расположены значительно дальше друг от друга, чем в одинарных звёздных системах.
У Плутона всего 4 спутника: Харон был открыт в 1978 г., Никта и Гидра были замечены телескопом «Хаббл» в 2005 г., а ещё один обнаружен совсем недавно. Астрономы из Гарвардско-Смитсонианского астрофизического центра в Кембридже, Массачусетс, изучали этот, последний, не успевший ещё даже получить постоянного имени спутник.
Никта и Гидра на самом деле вращаются не вокруг Плутона, а вокруг центра масс системы Плутон-Харон, так как масса Харона составляет целых 12% массы Плутона. Таким образом, эту систему можно рассматривать, как метафору двойной звёздной системы, где Плутон и Харон представляют собой звёзды, а Никта, Гидра и новый спутник – планеты.
Компьютерное моделирование такой системы позволило астрономам сделать замечательный вывод: планеты в двойных системах для большей стабильности должны располагаться на значительном удалении друг от друга.
Эти выводы будут непременно взяты на заметку при работе с миссией New Horizons, которая достигнет Плутона в 2015 г. и проверит предсказания, сделанные астрономами о Никте и Гидре.
Источник
Одна из скважин детектора. Фото с сайта icecube.wisc.edu
Физики применили нейтринную обсерваторию IceCube для изучения нейтринных осцилляций на высоких энергиях. Об этом представители проекта рассказали на 25-й Международной конференции по нейтринной физике и астрофизике в Киото. Краткое изложение доклада приводит Nature News.
Обсерватория предназначена для регистрации космических нейтрино, испускаемых, например, во время гамма-всплесков и взрывов сверхновых. Вместе с тем, обсерватория способна улавливать и высокоэнергетические нейтрино, рождающиеся в верхних слоях атмосферы в результате ее взаимодействия с космическими лучами. Из 1,8 квадриллиона (квадриллион равен 1015) частиц, рождающихся каждый час, телескоп улавливает около десятка. Энергии улавливаемых частиц лежат в пределах от 10 до 100 гигаэлектронвольт.
Физики обнаружили четкий сигнал на энергиях около 30 гигаэлектронвольт, связанный с превращениями (осцилляциями) мюонных и тау нейтрино. Ранее этот тип осцилляций был достаточно подробно изучен в экспериментах с ускорителями - в этих экспериментах источниками нейтрино служат ускорители элементарных частиц, - однако на более низких энергиях. Новые результаты, по словам физиков, прекрасно согласуются с существующими теориями, что среди прочего подтверждает корректность работы IceCube.
Всего известно три типа нейтрино - мюонные, тау и электронные. Разные типы нейтрино во время движения могут превращаться друг в друга. Этот процесс определяется так называемой матрицей Понтекорво-Маки-Накагавы-Сакаты (PMNS) и противоречит классическим представлениям Стандартной модели, поскольку означает, что у нейтрино имеется ненулевая масса (вместе с тем изменения, которые нужно внести в модель для учета осцилляций минимальны). В настоящее время осцилляции являются объектом пристального изучения.
Обсерватория IceCube располагается на Южном полюсе. Она представляет собой 86 скважин, глубина которых варьируется в пределах от 1,4 до 2,5 километра. Детекторы в скважинах регистрируют рождение лептонов в ходе столкновения нейтрино с молекулами воды.Если у таких лептонов достаточно большая энергия, то из-за эффекта Вавилова-Черенкова они испускают фотоны.Эти фотоны и ловят детекторы. Новые результаты - первые, полученные с помощью полноценного массива детекторов, строительство которого было завершено в декабре 2011 года.
Венера, вторая планета от Солнца, довольно необычна во многих отношениях.
Учитывая то, что завтра, 6 июня, состоится исключительно редкий транзит Венеры, во время которого она пройдёт точно между Землёй и Солнцем, неплохо было бы узнать о нескольких её интересных, и более того – необычных особенностях.
Вот вам пятёрка самых настораживающих фактов из венерианского досье:
1. Вулканы
На Венере больше вулканов, чем на любой другой планете в Солнечной системе.
2. День длиннее, чем год
День на Венере длится 243 земных дня, а год – 224,7 земных дня. Сколько же дней тут длится рабочая неделя?!
3. Венера – жаркая штучка!
Так как в основном венерианская атмосфера состоит из диоксида углерода, сверхсильный парниковый эффект нагревает поверхность Венеры. Температуры могут достигать 470°C – здесь без труда можно плавить свинец (или жарить яйца, не снимая скорлупы).
4. Планета со сверхвысоким давлением
Давление воздуха на поверхности планеты просто невероятное – приблизительно в 90 раз выше, чем давление на уровне моря здесь, на Земле. То есть давление на поверхности Венеры примерно такое же, как в земном океане на километровой глубине.
5. Сдувает с ног! Мир с ветрами невероятной силы
В среднем облачном слое Венеры ветра дуют со скоростями, достигающими 724 км/ч. Учёные говорят, что венерианские ветра намного быстрее самых свирепых торнадо на Земле.
Странно, не правда ли? Интригует? Тогда не пропустите завтра, 6 июня, с утра её исторический транзит – вдруг он откроет вам о ней ещё что-то необычное?..
Источник
Исследователи говорят, что этот эксперимент поможет ученым понять фундаментальные законы физики и решить некоторые из самых больших загадок Вселенной - в том числе, почему материи больше чем антиматерии, и, следовательно, почему «обычная» материя из которой состоят планеты, звезды и люди вообще существует.
Подземный эксперимент может открыть тайны нейтрино
Эксперимент собираются провести в подземной лаборатории Enriched Xenon Observatory 200 (EXO-200). В нем примут участие ученые из Калифорнийского технологического института, Стэнфордского университета, Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Министерства энергетики США. Всего в эксперименте задействовано более 80 исследователей.
Во время эксперимента с EXO-200 исследователи готовятся изучить природу безнейтринного двойного бета-распада. При этом, физики сузили диапазон возможных масс нейтрино - крошечных незаряженных частиц которые редко взаимодействуют с чем-либо, проходят сквозь скалы, людей и даже целые планеты почти со скоростью света.
В процессе обычного двойного бета-распада, который был впервые обнаружен в 1986 году, два нейтрона в нестабильном атоме превратились в два протона, кроме того в процессе выделились два электрона и два антинейтрино.
Но физики предположили, что два нейтрона также могут распадаться на два протона, испуская при этом два электрона и не предъявляя никаких антинейтрино. «Ученые изучали этот процесс в течение очень долгого времени», говорит Петр Фогель, старший научный сотрудник в области физики из Калифорнийского технологического института и член команды EXO-200. «Если нам удастся, то это станет фундаментальным открытием».
Нейтрино неизбежно выпускается в процессе бета-распада. Таким образом, два нейтрино, которые производятся во время двойного бета-распада должны как-то компенсировать друг друга. Для того чтобы это произошло, говорят физики, нейтрино должно иметь свои античастицы, которые позволят одному из двух нейтрино действовать в качестве антинейтрино и аннигилировать второе нейтрино. То, что нейтрино могут иметь свои античастицы не предсказывается Стандартной моделью - весьма успешной теорией, описывающей как все элементарные частицы себя ведут и взаимодействуют.
Если это безнейтринный процесс действительно существует, физики будут вынуждены пересмотреть Стандартную модель.
Этот процесс также имеет значение для космологии и происхождение материи, говорит Фогель. Сразу после Большого взрыва, Вселенная имела такое же количество материи, как и антивещества, но потом такой баланс был нарушен. Тот факт, что нейтрино могут иметь свои античастицы, возможно, сыграл ключевую роль в изменении баланса материи и антиматерии.
В центре галактике, находящейся почти за 4 миллиарда световых лет от Земли, происходит что-то весьма необычное: похоже, что из её центра с огромной скоростью выталкивается супермассивная чёрная дыра.
Астрономы думают, что в прошлом галактика под названием CID-42 столкнулась с другой галактикой, их чёрные дыры слились воедино и были катапультированы из начавшей формирование звёздной системы с невероятной скоростью, достигающей нескольких миллионов километров в час. Ещё Альберт Эйнштейн предсказывал в своё время возможность существования такого явления, указав, что подобные события могут быть вызваны гравитационными волнами. Однако до сих пор астрономы ни разу не смогли увидеть это напрямую.
Учёные изучают CID-42 уже достаточно долгое время. На настоящий момент перед ними стоит задача тщательно проанализировать данные с камеры высокого разрешения космического телескопа «Чандра» («Chandra») и понять, где находятся источники сильного рентгеновского излучения. А это в свою очередь поможет прояснить наконец, что же в этой галактике всё-таки происходит.
Источник
Телескоп «Кеплер» помог американским астрономам обнаружить еще 16 потенциальных экзопланет.
Астрономы из Принстонского университета при помощи данных с орбитального телескопа «Кеплер» проводят поиски новых экзопланет, в рамках своей исследовательской программы. Космический исследовательский аппарат рассматривает участок неба, размером в 115 квадратных градусов, и одновременно наблюдает за 156 тысячами звезд, регистрируя кратковременное изменение их яркости. Прибор проводит поиск экзопланет по принципу транзита последних вокруг своих звезд.
Для того, чтобы провести сложные исследования, требуется применять многочисленные алгоритмы. Таким способом, за все время работы телескопа, было зарегистрировано порядка 2300 кандидатов в экзопланеты, из которых официальный статус получили менее сотни. Наземные телескопы не целесообразно использовать при поиске таких планет, так как атмосфера земли значительно искажает свет звезд, делая его мерцающим, что препятствует получению адекватной информации. В космическом вакууме, никакие атмосферные помехи и прочие факторы не могут помешать полноценному наблюдению.
Так как ученые «Принстона» не являются членами команды телескопа «Кеплер», то им приходилось ждать того момента, когда данные с исследовательского аппарата попадут в свободный доступ. Для того, чтобы отсортировать столь большой объем информации, ученые использовали собственный метод классификации, основанный на осмотре кривой блеска, с «ручным» обнаружением следа транзита.
Таким образом, были рассмотрены 124840 звезд, и среди них были найдены 16 кандидатов в экзопланеты. По словам специалистов, предполагаемые орбитальные периоды этих тел могут составлять от 0.96, до 440 дней. Примерно 9 планет из этих кандидатов представляют собой небольшие космические тела, радиус которых менее чем три земных. Вполне возможно, что перед нами могут быть и суперземли. Кроме того, астрономам удалось обнаружить потенциальную экзопланету, радиусом, примерно с нашу Землю. Примечательно, что пять кандидатов в экзопланеты являются частями многопланетных систем. Нет сомнений, что столь продуктивный метод поиска может пролить свет на многие миры, находящиеся за пределами Солнечной системы.
Сотрудники Университета штата Канзассоставили описание нового класса трёхчастичных связанных квантовых состояний.
Открытые состояния отличаются от уже известных ефимовских, существование которых было предсказаноВиталием Ефимовым в 1970 году. Советский учёный установил, что трёхчастичные состояния — тримеры — могут возникать даже в тех случаях, когда слабость парных взаимодействий препятствует образованию связанных состояний двух частиц. Опытная проверка теории Ефимова затянулась, и лишь шесть лет назад физики подтвердилиего правоту в экспериментах с вырожденным газом атомов цезия.
Наблюдение тримеров Ефимова возможно только тогда, когда взаимодействие пар тел оказывается короткодействующим, то есть характеризуется потенциалом, ослабевающим быстрее, чем 1/r2, где r— расстояние между частицами. Противоположный случай дальнодействующих парных взаимодействий давно разобран, и теоретикам оставалось рассмотреть лишь «пограничный» вариант притягивающего потенциала типа 1/r2. Этот пробел и постарались заполнить американцы.
борромейскими кольцами— символом на гербе итальянского семейства Борромео. Если одно из этих колец разрезать, два других потеряют связь друг с другом.»>
Ефимовские состояния часто сравнивают с борромейскими кольцами— символом на гербе итальянского семейства Борромео. Если одно из этих колец разрезать, два других потеряют связь друг с другом. |
Проведённый авторами анализ численных решений трёхчастичногоуравнения Шрёдингерапоказал, что искомые связанные квантовые состояния существуют и, как и в ефимовском случае, появляются даже при отсутствии двухчастичных состояний. Более того, состояния нового типа рождаются не только в группах из трёх идентичных бозонов (частиц с целым значением спина), но и в системах идентичных фермионов (частиц с полуцелым спином), где эффект Ефимова не наблюдается. В фермионной модификации расчётов эффективное двухчастичное взаимодействие, что интересно, становится полностью отталкивательным.
В ближайшее время полученный результат будет проверен в опытах с ультрахолодными атомарными газами.
Отчёт, подготовленный канзасскими учёными, опубликован в журналеPhysical Review Letters.
Подготовлено по материалам arXiv.
Астрономы из Университета штата Аризона (ASU) сделали снимок тусклой, далёкой галактики, на котором она запечатлена в то время, когда её возраст составлял всего 800 миллионов лет от рождения Вселенной. Различимая выше как зелёное пятно в центре изображения (показанного здесь в ложном цвете), полученного телескопами Magellan из обсерватории Лас Кампанас в Чили, эта галактика предстаёт перед нами в своём «младенчестве» и, находясь на расстоянии приблизительно в 13 миллиардов световых лет, является одним из десяти самых удалённых из доступных пока наблюдению объектов Вселенной.
Эта галактика, обозначенная как LAEJ095950.99+021219.1, была обнаружена по свету, излучаемому ионизированным водородом, с использованием камеры и спектрографа, объединённых в инструменте Inamori Magellan (IMACS) телескопов Magellan, построенных в институте Карнеги в Вашингтоне. Для того чтобы хотя бы найти настолько далёкий объект – о чьём существовании уже давно подозревали – команде пришлось воспользоваться специальным узкополосным фильтром инструмента IMACS, созданным для изолирования отдельных длин волн.
И всё же, почему LAEJ095950.99+021219.1 выглядит так странно?
«Галактики превращаются в то, что мы привыкли сегодня наблюдать, лишь через время, равное примерно половине возраста Вселенной – и не раньше. Почему, как, когда и где это случится – это область ещё ожидающая своих исследователей», – говорит руководитель исследовательской группы Сангита Мальхотре (Sangeeta Malhotra), адъюнкт-профессор из ASU.
Эта работа недавно опубликована в Astrophysical Journal Letters.
Сотрудник французского Института оптики Жюльен Армийо (Julien Armijo) выполнил прямые наблюдения квантовых флуктуаций в атомарном газе.
Как известно, квантовые («нулевые») флуктуации сохраняются даже при температуре T = 0, где классическая термодинамика предсказывает отсутствие каких бы то ни было возбуждений. Необходимость сохранения квантовой системой некоторой конечной энергии в основном состоянии — прямое следствие принципа неопределённости Гейзенберга, и доказать это совсем не трудно. Действительно, отсутствие энергии означало бы, что у объекта точно заданы и импульс (нулевой), и координата (соответствующая точке минимума потенциальной энергии), а такая комбинация не удовлетворяет соотношению неопределённостей.
В привычных для человека диапазонах размеров и температур нулевые флуктуации себя не проявляют. Однако без учёта этого феномена невозможно описать многие «тонкие» физические эффекты вроде излучения Хокинга (испускания элементарных частиц чёрными дырами), лэмбовского сдвига (смещения уровней энергии связанных состояний электрона во внешнем поле) илинеоднократно упоминавшихся нами сил Казимира — Полдера. Регистрируя такие эффекты, учёные косвенно подтвердили истинность теории квантовых флуктуаций.
Охлаждённое облако атомов рубидия на снимке с 5-микрометровыми пикселами (иллюстрация J. Armijo / Inst. of Optics). |
Г-н Армийо пошёл по другому пути и разработал оригинальную методику прямого обнаружения флуктуаций при наблюдении за охлаждёнными атомами рубидия 87Rb, захваченными в микромагнитные ловушки. Давно установлено, что нулевые флуктуации играют особенно важную роль в низкоразмерных системах (к примеру, в одномерном случае они могут разрушить дальний порядок и препятствовать бозе-эйнштейновской конденсации даже при T = 0), а потому в экспериментах создавался одномерный атомарный газ.
Охладив атомы, автор определял, насколько хорошо разные участки одномерного облака газа поглощают излучение. Эта операция повторялась несколько сотен раз, после чего г-н Армийо высчитывал флуктуации плотности облака относительно его средней плотности. Такие флуктуации отражали присутствие волн плотности (фононов).
Поскольку температура в опытах снижалась «всего лишь» до 4,7 нК, необходимо было придумать, как отличать обычные тепловые фононы от квантовых. Решение задачи оказалось довольно простым: учёные воспользовался тем, что амплитуды квантовых и тепловых флуктуаций по-разному зависят от характерного масштаба длин, на котором исследуется система. Увеличивая этот масштаб — объединяя данные по соседним пикселам на снимках газового облака — и оценивая флуктуации плотности в новых условиях, он доказал, что результаты опыта нельзя представить в чисто классическом виде.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно загрузить с сайта arXiv.
Подготовлено по материалам Американского физического общества.
Международный коллектив физиков приспособил самый мощный рентгеновский лазер в мире из лаборатории SLAC для изучения структуры сложных биологических молекул с атомным разрешением и представил новую методику рентгеновской кристаллографии в статье, опубликованной в журнале Science.
"Нам удалось визуализировать молекулу со столь высоким разрешением, что мы смогли рассмотреть отдельные атомы и определить их положение в белковой цепочке. Более того, структура просвеченного белка лизоцима совпала с его химической моделью, несмотря на то, что образец был уничтожен во время "залпа" лазера. Это первая экспериментальная демонстрация подобного эффекта", - пояснил руководитель группы ученых Себастиан Буте (Sebastien Boutet) из Национальной ускорительной лаборатории SLAC в городе Менло Парк (США).
Буте и его коллеги экспериментировали со сверхмощными и сверхкороткими импульсами рентгеновского лазера, пытаясь улучшить методику рентгеновской кристаллографии и сделать ее более пригодной для изучения органических молекул.
В феврале 2011 года исследователи опубликовали промежуточные результаты работы в журнале Nature. В этой статье Буте и его коллеги показали, что их методика позволяет изучать пространственную структуру вирусных частиц и крупных молекул белков, но не с атомной точностью.
Как отмечают исследователи, пространственную структуру сложных биологических молекул или вирусов обычно исследуют методом рентгеновской кристаллографии. Этот метод требует получения высококачественных кристаллов, которые к тому же могут разрушаться под действием излучения. Кроме того, кристаллы абсолютно свободные от дефектов, как правило, вырастить не удается.
Чтобы избавиться от этих недостатков, ученые решили использовать другой инструмент - чрезвычайно мощные и сверхкороткие по длительности импульсы рентгеновского излучения.
Для фиксации этих импульсов авторы статьи разработали специальную светочувствительную матрицу CSPAD, способную ловить вспышки длительностью в 5 фемтосекунд (1 фемтосекунда равна 10 в -16 степени секунды). Она стала основой для молекулярной камеры, способной просветить даже самые неудобные и непрочные молекулы белков.
Эта камера состоит из матрицы CSPAD, специальной фокусирующей линзы, источника белковых кристаллов и сверхмощного рентгеновского лазера LCLS (Linac Coherent Light Source). Во время работы устройства сверхкороткий импульс лазера длительностью в несколько фемтосекунд "прошивает" образцы белковых молекул. При столкновении с молекулой белка пучок рентгеновского излучения разрушает ее, но при этом сохраняет информацию о ее устройстве и переносит ее на матрицу молекулярной камеры.
Физики проверили работу своего изобретения - они просветили при его помощи кристаллы белка лизоцима и сравнили полученные изображения с известной структурой этого соединения. Эксперимент закончился удачно - ученые смогли не только увидеть трехмерную форму молекулы белка, но и отдельные атомы в его составе.
В отличие от других методик кристаллографии, молекулярная камера Буте и его коллег способна фотографировать даже очень небольшие кристаллы белков, что позволяет применять ее для анализа микроскопических и нестабильных цепочек аминокислот. Это позволяет применять данный прием для изучения тонких клеточных мембран и других неизученных молекул.
- 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