Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Наука физика

Могут ли гравитационные волны разрешить кризис космологии?

14.04.2021 00:18:21 | Автор: admin

Команда ученых предложила новый способ для разрешения кризиса в космологии с помощью гравитационных волн.

ХХ век подарил миру множество удивительных открытий: в 1916 году знаменитый на весь мир физик по имени Альберт Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности (ОТО); затем, в 1927 году астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики удаляются от Земли (и друг от друга) со все возрастающей скоростью; в последующие десятилетия такие выдающиеся умы как Нильс Бор, Макс Планк, Луи де Бройль, Вернер Гейзенберг и другие трудились над созданием квантовой теории. Сегодня их труд лежит в основе наших знаний о Вселенной мы знаем, что она родилась 13,8 миллиардов лет назад и с тех пор расширяется с ускорением. Вот только причина, по которой Вселенная становится все больше и больше, остается загадкой и ученые не могут прийти к единому мнению о том, почему. Это, во многом, связано с различными способами измерения постоянной Хаббла (фундаментального параметра, описывающего расширение Вселенной), которыепоказывают разные результаты. Но недавно ученые предложили новый способ, потенциально способный разрешить кризис космологии. О нем поговорим в этой статье.

Черные дыры и гравитационные волны

Зимой 2016 года ученые объявили об открытии гравитационных волн ряби в пространстве-времени, вызванной столкновением массивных черных дыр. Их существование впервые было предсказано теорий относительности Эйнштейна в 1916 году, а в 2017 отмечено Нобелевской премии по физике. По сути, гравитационные волны представляют бегущую деформацию абсолютной пустоты это изменения гравитационного поля, распространяющиеся подобно волнам. При прохождении гравитационной волны между двумя телами расстояние между ними изменяется.

Открытие гравитационных волн также подтверждает существование черных дыр массивных объектов, гравитационное притяжение которых настолько велико, что покинуть их не могут даже кванты самого света. Граница, что отделяет черную дыру от остального космоса, называется горизонтом событий. Его в 2019 году ученым удалось сфотографировать, подробнее об этом открытии читайте в материале моего коллеги Ильи Хеля.

Столкновение двух черных дыр причина возникновения гравитационных волн (в представлении художника).

Так как детектирование волн подтверждает смелые гипотезы о том, как устроена наша Вселенная, многие ученые назвали их открытие началом новой эры астрономии. Теперь же ученые считают, что с их помощью можно разрешить кризис современной космологии.

Интересуетесь физикой, астрономией и космосом? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить самые интересные новости из мира науки и высоких технологий!

Новый подходя измерения постоянной Хаббла

В 1929 году, спустя два года после своего открытия, Эдвин Хаббл рассчитал скорость, с которой наша Вселенная расширяется постоянную Хаббла. Вот только в последующие годы каждый новый способ ее измерения показывал новые, не согласующиеся друг с другом результаты. Интересно, что сегодня существуют два основных способа ее измерения, с той лишь разницей, что что один набор методов рассматривает относительно близкие объекты во Вселенной, а другой очень отдаленные. Но каким бы методом ученые не воспользовались, результаты получаются разные.

Несоответствие постоянной Хаббла спровоцировало кризис современной космологии и легло в основу споров между учеными: либо они делают что-то не так, либо где-то на просторах Вселенной происходит нечто неведомое.

Недавно команда исследователей из Университета Пенсильвании предложила использовать для разрешения постоянной Хаббла гравитационные волны. Дело в том, что когда массивные объекты, например черные дыры или нейтронные звезды (которые не видно с помощью оптических телескопов), сталкиваются друг с другом, они деформируют ткань пространства-времени, создавая гравитационные волны.

С 2015 года американская лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) и ее европейский аналог Virgo прослушивают космос на предмет подобных «аварий», которые звенят в их детекторах, словно колокольчики.

«Гравитационные волны могут дать вам другое представление о постоянной Хаббла», сказал в интервью Live Science Ссохраб Борханян, физик из Университета Пенсильвании.

В зависимости от расстояния от Земли столкновения черных дыр будут звучать громче или тише для LIGO, что позволит ученым вычислить, как далеко находятся эти объекты. В некоторых случаях столкновение космических монстров также приводит к вспышке света, которую астрономы могут уловить с помощью телескопов.

До сих пор исследователи наблюдали только одно такое событие с гравитационными волнами и одно со световыми сигналами пару нейтронных звезд, которые астрономы наблюдали в 2017 году. Исходя из полученных данных, физики вычислили значение постоянной Хаббла. Предыдущие исследования показали, что космологам нужно было бы наблюдать около 50 подобных событий, чтобы получить более точный расчет постоянной Хаббла.

Читайте также: Физики переосмысли строение Вселенной. Темная энергия больше не нужна?

Но эти космические аварии происходят не так часто и к тому же не связаны со вспышками света, которые содержат важнейшую информацию о скорости. Эти события, невидимые за исключением гравитационных волн, являются наиболее распространенными сигналами, получаемыми LIGO и другими гравитационно-волновыми установками.

Выход из кризиса

В течение следующих пяти лет детекторы LIGO, как ожидается, получат обновления, которые позволят им распаковать гораздо больше деталей сигналов гравитационных волн и уловить гораздо больше событий, включая больше столкновений черных дыр. К американским и европейским установкам недавно присоединился детектор гравитационных волн Kamioka (KAGRA) в Японии, а индийский детектор должен появиться в сети примерно в 2024 году.

Рябь в пространстве-времени, вызванная столкновением массивных объектов.

По мнению авторов нового исследования, опубликованного в журнале Bulletin of the American Physical Society, в будущем детекторы смогут определять где в космосе произошло столкновение в 400 раз лучше, чем сегодня. С помощью этой информации астрономы надеются идентифицировать точное местоположение галактики, где произошло столкновение, а затем определить, насколько быстро эта галактика удаляется от Земли. Также не будет необходимости искать соответствующую вспышку света.

Еще больше по теме: Можно ли разгадать тайну расширения Вселенной?

В своей работе ученые показали, что столкновения между массивными объектами будут особенно насыщены информацией, производя данные, с помощью которых можно вычислить постоянную Хаббла с высокой точностью. Полученные результаты также предполагают, что в будущем гравитационные детекторы будут лучше и точнее улавливать поступающие сигналы. И все же, возможность того, что другие измерения помогут разрешить кризис постоянной Хаббла раньше, исключать не стоит.

Подробнее..

Можно ли обнаружить темную материю на Земле или в Солнечной системе?

10.05.2021 18:02:47 | Автор: admin

Темная материя не участвует в электромагнитном взаимодействии, а значит, не подлежит прямому наблюдению.

Совсем недавно, в 2014 году, астрофизики Лиза Рэндалл и Мэтью Рис из Гарвардского университета предположили, что самые большие гравитационные возмущения Облака Оорта могут быть вызваны невидимым тонким диском экзотической темной материи. Астрономы считают, что темная материя таинственная форма материи, которая взаимодействует только через силу гравитации составляет около 85 процентов всей материи во Вселенной. Удивительно, но вся видимая материя, то есть планеты, звезды, туманности и галактики составляют всего 15 процентов от общего количества. Увидеть темную материю нельзя, но она искривляет пространство-время, как и обычная материя, хотя таковой, конечно, не является. Более того, она даже не может состоять из тех же частиц, что образуют все привычное нам, в противном случае, мы могли бы ее увидеть. Исследователи отмечают, что на каждый килограмм обычной материи, состоящей из нейтронов, протонов и электронов, приходится пять килограмм темной материи, состоящей неизвестно из чего. Но если это таинственная субстанция существует во всей Вселенной, можно ли обнаружить ее здесь, на Земле?

Гости из Облака Оорта

В 1997 году комета Хейла-Боппа заворожила землян, проходя через Солнечную систему. Эта небесная странница оказалась родом из далекого Облака Оорта области, откуда появляются все кометы и которой окружена внешняя часть нашей Солнечной системы. Свое название это месторождение комет получило в честь Яна Оорта, необычного ученого который объяснил в 1932 году абсурдное несоответствие между видимой материей нашей Галактики и скоростью ее звезд.

Оорт заявил, что Млечный Путь заполняет неизвестный вид материи, которая никогда прежде не обнаруживалась ни в какой форме, ни здесь, на Земле, ни где-либо еще потому что она не взаимодействует со светом и недоступна прямому наблюдению. Эту таинственную субстанцию астроном назвал темной материей. Согласно его работе, видимые эффекты темной материи проявляются лишь косвенным путем через гравитацию, которая искривляет пространство-время. Интересно, что все проведенные с 30-х годов многочисленные эксперименты пришли к такому же выводу.

Комету Хейла-Боппа можно было наблюдать невооруженным глазом на протяжении долгих 18 месяцев. Она считается самой наблюдаемой кометой ХХ века, а возможно и за всю историю изучения космоса.

Темная материя существует повсюду, вокруг галактик, вокруг нашего собственного Млечного Пути и по всей Вселенной.

Итак, темной материи во Вселенной в пять раз больше, чем обычной. Но так как она не поддается прямому наблюдению, может быть стоит искать ее не вглядываясь в далекие галактики, а прямо здесь, на Земле (или хотя бы в пределах нашей Солнечной системы)?

Поиски темной материи

По мнению физика-теоретика Стивен Адлера из Института перспективных исследований в Принстоне, если масса Земли и Луны при измерении вместе кажется больше, чем их массы по отдельности, эту разницу можно объяснить ореолом темной материи между ними.

К такому выводу Адлер пришел частично после после изучения исследований, в которых массу Луны измерили с помощью лунных орбитальных аппаратов, а массу Земли с помощью геодезических спутников LAGEOS, которые находятся на орбите уже много лет. Лазеры, выпущенные по спутникам, показывают радиус орбиты каждого спутника и время, необходимое каждому для завершения этой орбиты. Исходя из таких измерений, ученые могут рассчитать гравитационное притяжение спутников и, следовательно, величину массы, которая это притяжение оказывает.

На этой иллюстрации показана Земля, окруженная теоретическими нитями темной материи, называемыми «волосками».

Вам будет интересно: Существует ли на самом деле темная материя?

Затем Адлер изучил исследования, которые измеряли расстояние от Земли до Луны с помощью лазеров, отражающихся от лунных зеркал, установленных миссиями «Аполлон». Если Земля оказывает необычайно сильное притяжение на Луну, которая находится примерно в 384 000 километрах, чем на спутники LAGEOS, расположенные примерно в 12 300 километрах, дополнительное притяжение может быть связано с гало темной материи между Луной и искусственными спутниками.

«Основываясь на имеющихся данных о том, что между Землей и Луной находится не более 24 триллионов метрических тонн темной материи. Такое гало темной материи может объяснить аномалии, наблюдаемые на орбитах «Пионера», «Галилея», «Кассини», «Розетты» и космических аппаратов ближнего полета», отмечает Адлер.

Адлер также предполагает, что темная материя может оказать драматическое воздействие на четыре газовых гиганта в нашей солнечной системе Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Если эти массивные миры гравитационно захватили темную материю, то частицы темной материи могут буквально врезаться в них это редкие события, но достаточные, чтобы нагреть газовые гиганты и объяснить, почему внутренности этих планет (и даже Земли) кажутся более горячими, чем могут объяснить известные механизмы.

Темная материя присутствует повсюду во Вселенной. Так может она есть и на Земле?

Возможный нагрев планет темной материей также может оказаться ключом к разгадке неизвестных свойств вещества например, как часто оно сталкивается с обычной материей или собирается ли темная материя вокруг звезд и планет, а не равномерно распространяется по галактике. Как пишет Scientific American, если частицы темной материи являются их собственными античастицами, как предполагают некоторые исследователи, энергия, выделяемая при их аннигиляции, будет нагревать планеты гораздо больше, чем просто столкновения с атомами. Такой сценарий подразумевал бы, что темная материя не может сильно сгущаться в нашей Cолнечной системе, иначе Cолнечная система была бы намного горячее.

Читайте также: Может ли темная материя быть старше Большого взрыва?

Однако астрофизик Анника Питер из Калифорнийского технологического института скептически относится к тому, что темная материя изменяет тепло планет, говоря, что для этого потребуется «нереальное количество темной материи». А астроном Эндрю Гулд из Университета штата Огайо сомневается в том, что в солнечной системе скапливается много темной материи он утверждает, что гравитационные взаимодействия с планетами должны в основном выбрасывать ее, точно так же, как они очистили большую часть первоначальной нормальной материи солнечной системы. Тем не менее, по мере того, как солнечная система бороздит галактику, она может накапливать дополнительную темную материю.

Так или иначе на данный момент существование любой темной материи в Солнечной системе остается столь же загадочным, как и ее присутствие повсюду. А как вы думаете, смогут ли ученые в ближайшем будущем найти темную материю и что принесет человечеству это открытие? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.

Подробнее..

Что квантовая физика может рассказать о природе реальности?

12.06.2021 20:15:59 | Автор: admin

Может ли квантовая физика являться ключом к пониманию Вселенной?

Удивительная способность предков каждого из ныне живущих на планете людей к выживанию позволила нам с вами наслаждаться всеми благами и достижениями цивилизации. Но раз уж на то пошло и миллионы лет эволюции позволили нам познать самих себя и окружающий мир, то что за это время нам удалось узнать о Вселенной? На самом деле не так уж много по меркам той же Вселенной мгновение. И все же, все существующие на сегодняшний день физические теории описывают мир невероятно точно. Так, и классическая физика и квантовая механика по отдельности превосходно работают. Вот только все попытки объединить их в единую теорию по-прежнему не увенчались успехом, а значит наше понимание Вселенной и реальности нельзя назвать полноценным. В начале 1900-х годов рождение квантовой физики ясно показало, что свет состоит из крошечных неделимых единиц, или квантов энергии, которую мы называем фотонами. Эксперимент Юнга, проведенный с одиночными фотонами или даже отдельными частицами материи, такими как электроны и нейтроны, представляет собой головоломку, поднимающую фундаментальные вопросы о самой природе реальности. Решить ее ученые не могут до сих пор.

Двухщелевой эксперимент

В современной квантовой форме эксперимент Юнга включает в себя излучение отдельных частиц света или материи через две щели или отверстия, вырезанные в непрозрачном барьере. По другую сторону барьера находится экран, который регистрирует прибытие частиц (скажем, фотопластинка в случае фотонов). Исходя из здравого смысла мы ожидаем, что фотоны пройдут через ту или иную щель и начнут накапливаться за каждой из них.

Но этого не происходит. Скорее, фотоны переходят в определенные части экрана и избегают других, создавая чередующиеся полосы света и тьмы, так называемые интерференционные полосы. Они возникают, когда два набора волн накладываются друг на друга. И все же, в любой момент времени через аппарат проходит только один фотон. Как будто каждый фотон проходит через обе щели одновременно и интерферирует сам с собой. Это не имеет классического смысла. Так в чем же дело?

Двухщелевой эксперимент демонструет, что свет и материя в целом могут проявлять характеристики как классических волн, так и частиц.

Картина несколько проясняется, если посмотреть на нее с математической точки зрения. То, что проходит через обе щели это не физическая частица или физическая волна, а нечто, называемое волновой функцией абстрактная математическая функция, которая представляет состояние фотона (в данном случае его положение). Волновая функция ведет себя как волна. Фотон попадает в обе щели, и новые волны исходят из каждой щели с другой стороны, распространяются и в конечном итоге мешают друг другу. Комбинированная волновая функция может быть использована для определения вероятностей того, где можно найти фотон.

Еще больше увлекательных статей о последних открытиях в области физики и высоких технологий читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.

Природа реальности

Немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики Вернер Гейзенберг интерпретировал математику так, что реальность не существует до тех пор, пока ее не наблюдают. «Идея объективного реального мира, мельчайшие части которого существуют объективно в том же смысле, в каком существуют камни или деревья, независимо от того, наблюдаем мы их или нет … это невозможно», писал он.

Как пишет Scientific American, американский физик Джон Уилер также использовал вариант эксперимента с двумя щелями, чтобы доказать, что «ни одно элементарное квантовое явление не является явлением, пока оно не является зарегистрированным (то есть «наблюдаемым») явлением».

Это интересно: Почему квантовая физика сродни магии?

Принцип неопределенности Гейзенберга гласит, что соотношение неопределенности возникает между любыми квантовыми наблюдаемыми, определяемыми некоммутирующими операторами.

Существуют и другие способы интерпретации эксперимента с двумя щелями. Так, лауреат Нобелевской премии по физике сэр Роджер Пенроуз предполагает, что чем больше масса объекта в суперпозиции, тем быстрее он коллапсирует в то или иное состояние из-за гравитационной нестабильности.

«Идея заключается в том, чтобы не просто поместить фотон в суперпозицию прохождения через две щели одновременно, но и поместить одну из щелей в суперпозицию нахождения в двух местах одновременно».

Лауреаты Нобелевской премии по физике 2020 года.

Согласно Пенроузу, смещенная щель либо останется в суперпозиции, либо схлопнется, пока фотон находится в полете, что приведет к различным типам интерференционных картин. В общем и целом, эти эксперименты показывают, что мы пока не можем делать никаких заявлений о природе реальности. А вот о том, может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени можно узнать в этой статье.

Подробнее..

Итальянский физик-теоретик Карло Ровелли считает, что наша реальность это игра квантовых зеркал

11.09.2021 22:13:11 | Автор: admin

Наш мир, по мнению итальянского физика-теоретика Карло Ровелли, является квантовым.

Итальянский физик-теоретик, основоположник теории петлевой квантовой гравитации Карло Ровелли в своей книге под названием «Гельголанд» пытается объяснить безумно сложную теорию квантовой механики, рассматривая мир фотонов, электронов, атомов и молекул, который подчиняется правилам, идущим вразрез с нашей повседневной физической реальностью. Ранее Ровелли разработал математические таблицы (матрицы), чтобы предсказать волновую механику электронов. Его работа вскоре была усовершенствована Эрвином Шредингерегом и Полом Дираком. Напомню, что квантовая теория возникла из наблюдений Гейзенберга и более ранней теории относительности Эйнштейна. До Эйнштейна ученые верили в предсказуемую, детерминированную Вселенную, управляемую часовым механизмом. Ньютоновской идее об абсолютном «истинном времени», неумолимо тикающем во Вселенной, противостояла теория Эйнштейна о том, что единого «сейчас» нет, скорее, существует множество «сейчас». Гейзенберг и его последователи считали, что мы не можем знать современное состояние мира во всех деталях. Все, что нам дозволено исследовать мир с помощью моделей неопределенности и вероятности.

"Загадка квантовой теории в конечном счете может оказаться за пределами нашего приблизительного понимания на Земле. Но ньютоновская механика, хотя и далеко не устарела, больше не может объяснить каждый аспект мира, в котором мы живем", пишет Ровелли.

Квантовая реальность

Квантовая теория предлагает нам увидеть мир как гигантскую кошачью колыбель отношений, где объекты существуют только в терминах их взаимодействия друг с другом. Ровелли считает, что теория Гейзенберга это теория о том, как вещи «влияют» друг на друга. Она составляет основу всех современных технологий от компьютеров до ядерной энергетики, лазеров, транзисторов и МРТ-сканеров.

В своих измышлениях итальянский физик применяет квантовую теорию к различным философиям. Люди существуют благодаря их непрерывному взаимодействию друг с другом; то же самое происходит с атомами и электронами.

Карло Ровелли на лекции в Риме / Marco Tambara/Wikipedia

Итак, возьмем электрон, который испускается в точке А и обнаруживается в точке В. Можно было бы предположить, что электрон следует по траектории (как автомобиль из точки А в точку В), однако чтобы объяснить экспериментальные наблюдения, Гейзенберг отверг понятие траектории электрона. А полученная в результате квантовая теория имеет дело с вероятностями и позволяет рассчитать вероятность нахождения электрона в точке B.

Больше по теме: Что квантовая физика может рассказать о природе реальности?

При этом, мы ничего не знаем о пути, по которому движется электрон. В своей самой строгой форме квантовая теория и вовсе отрицает какую-либо реальность электрона до тех пор, пока он не будет обнаружен (что приводит некоторых к утверждению, что сознательный наблюдатель каким-то образом создает реальность).

Скрытая реальность

С 1950-х годов ученые пытались привести квантовую теорию в соответствие с требованиями классической физики, в том числе отстаивая «скрытую» реальность, в которой электрон действительно имеет траекторию, или предполагая, что электрон проходит все возможные пути, но эти пути проявляются в разных мирах. Но Ровелли отвергает эти попытки.

Вместо этого в своей новой книге ("Гельголанд") физик объясняет "реляционную" интерпретацию, в которой электрон, скажем, обладает свойствами только тогда, когда он взаимодействует с чем-то другим. Когда электрон не взаимодействует, он лишен физических свойств: ни положения, ни скорости, ни траектории.

Еще более радикальным является утверждение Ровелли о том, что свойства электрона реальны только для объекта, с которым он взаимодействует, а не для других объектов. «Мир раскалывается на множество точек зрения, которые не допускают однозначного глобального видения», пишет Ровелли.

Как пишет Financial Times, Квантовую физику нельзя сделать совершенно ясной, но Ровелли прекрасно обеспечивает максимальную ясность, насколько это возможно.

Ожидание того, что объекты будут иметь свое собственное независимое существование независимо от нас и любых других объектов на самом деле является глубоко укоренившимся предположением, которое мы делаем о мире. Это предположение берет свое начало в научной революции 17 века и является частью того, что мы называем механистическим мировоззрением. Согласно этой точке зрения, мир подобен гигантскому часовому механизму, части которого управляются установленными законами движения, Карло Ровелли, «Гельголанд».

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира физики и научных исследований, подписывайтесь на наш Telegram-канал. Так вы точно не пропустите ничего интересного!

Взаимодействия объектов и пространство-время

Итак, если рассматривать пространство и время как сумму расстояний и длительностей между всеми объектами и событиями мира и убрать из уравнения содержимое Вселенной, то мы автоматически «удалим» и пространство и время. Это «реляционный» взгляд на пространство-время: они являются только пространственными и временными отношениями между объектами и событиями. Реляционный взгляд на пространство и время был ключевым источником вдохновения для Эйнштейна, когда он разработал общую теорию относительности.

Наше понимание пространства-времени вряд ли можно назвать полноценным.

Ровелли использует эту идею для понимания квантовой механики. Он утверждает, что объекты квантовой теории, такие как фотон, электрон или другая фундаментальная частица, являются не чем иным, как свойствами, которые они проявляют при взаимодействии с другими объектами по отношению к ним. Эти свойства квантового объекта определяются с помощью эксперимента и включают такие вещи, как положение объекта, импульс и энергия. Вместе они составляют состояние объекта.

Согласно реляционной интерпретации Ровелли, эти свойства это все, что есть у объекта, а значит нет никакой лежащей в основе индивидуальной субстанции, которая "обладает" свойствами.

Как понять квантовую теорию?

В своей статье для The Conversation Ровелли предлагает рассмотреть хорошо известную квантовую головоломку кота Шредингера. Мы помещаем кошку в коробку с каким-нибудь смертельным веществом (например, флакон с ядовитым газом), запускаемым квантовым процессом (например, распадом радиоактивного атома), и закрываем крышку.

Квантовый процесс это случайное событие. Предсказать его невозможно, но мы можем описать произошедшее таким образом, чтобы определить различные шансы распада атома или его отсутствия в течение определенного периода времени. Поскольку открыв коробку мы высвободим газ из флакона, следовательно, и смерть кошки и ее жизнь также являются чисто случайным событием.

Согласно квантовой теории, кот ни мертв, ни жив, пока мы не откроем коробку и не понаблюдаем за системой. Остается загадкой, каково было бы кошке, если бы она не была ни живой, ни мертвой.

Но согласно реляционной интерпретации, состояние любой системы всегда находится по отношению к какой-либо другой системе. Таким образом, квантовый процесс в коробке может иметь неопределенный результат по отношению к нам, но определенный результат для кошки.

Так что вполне разумно, что кошка для нас ни жива ни мертва, но в то же самое время может быть и мертвой и живой. Для нас во всей этой истории реален один факт и один факт реален для кошки. Когда мы открываем коробку, состояние кошки становится для нас определенным, но кошка никогда не была в неопределенном состоянии для себя. В реляционной интерпретации глобального, «Божественного» взгляда на реальность е существует. Но что, в таком случае, это говорит нам о природе реальность?

Читайте также: Тайны квантовой механики что такое квантовая запутанность?

Скорее всего ответ на вопрос о том, что такое квантовая реальность, мы так и не узнаем. Но попытаться стоит.

Ровелли утверждает, что, поскольку наш мир в конечном итоге квантовый, стоит обратить внимание на его подобное восприяти. В частности, такие объекты, ка, например, любимая книга, могут обладать своими свойствами только по отношению к другим объектам, включая вас. К счастью, это также включает в себя все другие предметы, такие как смартфон или кухонный шкаф. Но несмотря на свою кажущуюся простоту, подобный взгляд на мир это драматическое переосмысление природы реальности.

Это интерсно: Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?

С этой точки зрения мир представляет собой сложную сеть взаимосвязей, так что объекты больше не имеют собственного индивидуального существования, независимого от других объектов, подобно бесконечной игре квантовых зеркал. Более того, вполне возможно, что в основе этой сети нет независимой «метафизической» субстанции, составляющей нашу реальность, пишет Ровелли.

Так что не исключено (как выразился сам Ровелли), что окружающая реальность, включая нас самих ни что иное, как тонкая и хрупкая завеса, за которой … нет ничего. А если прибавить к этому еще и загадку природы сознания, то все становится еще сложнее. Кстати, подробнее о том, что такое сознание, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению.

Подробнее..

Ученые создают световые волны, которые могут проникать в непрозрачные материалы

19.04.2021 00:16:24 | Автор: admin

Специальные световые волны проникают сквозь непрозрачные материалы.

Исследователям из Венского технологического университета и Утрехтского университета удалось проникнуть в непрозрачный материал с помощью специальных световых волн, как будто этого материала вообще не существовало! Звучит почти как научная фантастика, но это реальность. С помощью специальных световых волн непрозрачные объекты могут стать прозрачными по крайней мере, для этих световых волн. Свет обычно не может проникать через определенные материалы или только в ограниченной степени, потому что рассеивается, изменяется и отклоняется. Но международной команде исследователей удалось показать, что существует класс совершенно особых световых волн, для которых непрозрачных объектов словно нет в природе. Это означает, что для «любой конкретной неупорядоченной среды» будь то кусочек сахара или стакан молока могут быть созданы индивидуальные ослабленные (но не измененные) световые лучи.

Особый класс световых волн

Ученые полагают, что световые волны точно так же, как рябь на поверхности воды могут принимать бесконечное множество разнообразных форм. Как объясняют авторы исследования, недавно опубликованного в журнале Nature Photonics, каждый из этих паттернов световых волн изменяется и отклоняется очень специфическим образом, когда вы посылаете его через неупорядоченную среду.

Работая над математическими методами описания таких эффектов рассеяния света, международная команда ученых использовала в качестве светорассеивающей среды слой оксида цинка непрозрачного белого порошка из совершенно беспорядочно расположенных наночастиц. На этот слой ученые направили специфические световые сигналы, что позволило измерить как они попадают в детектор позади него. Результаты эксперимента позволяют не только сделать вывод о том, как среда изменяет любые другие волны, но также точно рассчитать, какие волновые паттерны будут изменены слоем оксида цинка, как если бы он вообще не рассеивал волны.

Свет одновременно ведет себя как частица и как волна.

В общем и целом полученные результаты показали, что существует совершенно особый класс световых волн, которые производят точно такую же волновую картину на детекторе, независимо от того, посылается ли световая волна через воздух или должна проникнуть через сложный слой оксида цинка. Примечательно, что «оксид цинка на самом деле не меняет форму этих световых волн они просто становятся немного слабее в целом».

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Google News чтобы не пропустить ничего интересного!

Свет вместо рентгеновских лучей

Интересно и то, что теперь мы сами можем выбирать какое изображение отправить через объект без помех. Для эксперименты ученые выбрали в качестве примера созвездие Большой Медведицы. И действительно, удалось определить инвариантную к рассеянию волну, которая посылает на детектор изображение Большой Медведицы, вне зависимости от того, рассеивается ли световая волна слоем оксида цинка или нет. Для детектора световой луч в обоих случаях выглядит почти одинаково.

В будущем, как отмечают авторы научной работы, этот метод может революционизировать некоторые исследования материалов, особенно в биологических и медицинских экспериментах. Сегодня, чтобы заглянуть внутрь человеческого тела, врачи используют рентгеновские лучи, которые имеют более короткую длину волны и поэтому могут проникать сквозь кожу.

«Но то, как световая волна проникает в объект, точно зависит не только от длины волны, но и от формы волны, отмечает Маттиас Кюмайер, из Венского технического университета в интервью Phys.org.

В 2017 году ученые пришли к выводу, что лазерная технология может сделать объекты невидимыми.

Читайте также: 10 самых важных экспериментов, изменивших наш мир

Итак, если вы хотите сфокусировать свет внутри объекта в определенных точках, метод, предложенный учеными, открывает совершенно новые возможности. Судите сами им удалось показать, что распределение света внутри слоя оксида цинка также можно специально контролировать. Например, его можно было бы использовать для биологических экспериментов, чтобы заставить свет проникать в очень специфические точки, что позволит ученым заглянуть глубоко внутрь клеток.

Отметим, что в 2017 году ученые разработали технологию маскировки, которая может сделать непрозрачные материалы невидимыми с помощью световых волн от лазеров. Совершенно непрозрачный материал облучается сверху специфическим волновым рисунком с таким эффектом, что световые волны слева могут проходить через материал без каких-либо препятствий. По мнению ученых, этот метод может быть применен к различным видам волн и должен работать со звуковыми волнами так же хорошо, как и со световыми.

Подробнее..

Ученые считают, что темная материя может скрываться в дополнительном измерении

19.06.2021 16:19:11 | Автор: admin

Результаты нового исследования показали, что темная материя может быть скрыта в неизвестном измерении.

За последние 30 лет физики использовали все имеющиеся в их распоряжении средства от мощных телескопов до гигантских подземных экспериментов и коллайдеров частиц, чтобы каким-то образом наблюдать таинственную темную материю, которая, как считается, составляет 85% всей материи во Вселенной и не поддается прямому наблюдению, так как не вступает в электромагнитное взаимодействие. Исследователи судят о ее существовании исходя из гравитационного воздействия, которое темная материя оказывает на движение звезд или галактик. По мнению группы исследователей из Калифорнийского университета в Риверсайде, дополнительное измерение в пространстве-времени может скрывать в себе. Наша наблюдаемая вселенная имеет три измерения пространства и, как полагают авторы нового исследования, может существовать четвертое измерение, о котором знают только темные силы. Физики полагают, что некоторые невидимые частицы темной материи взаимодействуют с другими невидимыми частицами таким образом, что эти вторые частицы ведут себя не так, как другие, проходя через дополнительное измерение.

Эта таинственная материя

Материя в том виде, в каком мы ее знаем атомы, звезды, планеты, деревья, камни и мы составляет менее 5% известной Вселенной. Остальное остается загадкой. Астрономы и космологи считают, что около 25% нашей Вселенной состоит из чегото, называемого темной материей, а остальное около 70% из темной энергии. Темная материя не взаимодействует со светом, поэтому увидеть ее нельзя. Единственная причина, по которой мы можем судить о ее существовании, заключается в том, что она взаимодействует с гравитацией.

По сути, гравитации, создаваемой видимой массой галактик и скоплений, недостаточно, чтобы удерживать их вместе должна присутствовать какая-то дополнительная масса, чтобы создать необходимую дополнительную гравитацию. Без темной материи звезды, вероятно, были бы разбросаны по всей Вселенной. Галактик, включая наш Млечный Путь, а следовательно, и нас, не существовало бы.

Темная материя не взаимодействует со светом, поэтому мы не можем ее видеть.

Новая теория, возможно, наконец позволит ученым объяснить существование таинственной темной материи. Результаты нового исследования предполагают, что темная материя может быть скрыта в дополнительном измерении пространства-времени, все еще недоступном для нас.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Четвертое измерение

Новое исследование, разработанное в Калифорнийском университете в Риверсайде и опубликованное в журнале Journal of High Energy Physics volume физики высокой энергии, предполагает, что темная материя скрыта в дополнительном измерении пространства-времени.

Согласно этой теории, некоторые частицы темной материи не ведут себя как известные частицы, потому что они взаимодействуют с другими, еще более невидимыми частицами, принадлежащими к другому измерению что и препятствуют их прямому наблюдению.

Ведущий автор нового исследования Филипп Танедо объясняет в своем заявлении, что эти скрытые темные силы могут управлять взаимодействиями, происходящими в лоне темной материи.

Cкрытые темные силы могут управлять взаимодействиями, происходящими в самомо сердце таинственной темной материи.

Он добавляет, что эти темные силы математически описываются теорией с дополнительными размерами: они появляются как континуум частиц, которые могут прояснить аномалии, наблюдаемые в небольших галактиках. Это означает, что темная материя ведет себя по-разному в небольших галактиках, где она оказывает очень сильное притяжение на себя.

Это интересно: Можно ли обнаружить темную материю на Земле или в Солнечной системе?

Такое поведение, как показывают предыдущие исследования, связано с тем, что три дополнительных измерения, в дополнение к трем пространственным, к которым мы привыкли, изменяют эффекты гравитации на очень коротких расстояниях. Эти астрономические наблюдения темной материи, как отмечают в журнале Nature, дают первые потенциальные доказательства существования дополнительных измерений.

«Наша наблюдаемая Вселенная имеет три пространственных измерения. Мы предполагаем, что может существовать четвертое измерение, о котором знают только темные силы. Дополнительное измерение может объяснить, почему темная материя так хорошо скрывается от наших попыток изучить ее в лаборатории», объясняет Танедо.

С момента своего появления теория струн пережила разные времена.

Он считает, что теории, которые постулируют существование нового типа силы, до сих пор неизвестного науке, могут объяснить свойства темной материи. Между тем, ключевой особенностью сверхпрочной теории является то, что сила между частицами темной материи описывается бесконечным числом различных частиц с разными массами, называемых континуумом.

Вам будет интересно: Восход и закат теории струн

В теории Танедо сила этого континуума может воспроизводить звездные движения, наблюдаемые в небольших галактиках. Танедо также предполагает, что сила между частицами темной материи поразительно отличается от сил, регулирующих обычную материю.

Интересно, что существование дополнительных измерений обусловлено, среди прочего, теорией суперструн, согласно которой существует до 11 пространственных измерений. Все больше укрепляется идея о том, что какая-то из них связана с темной материей. О том, что недавно ученые обнаружили еще одно доказательство теории струн мы рассказывали в этой статье. Рекомендую к прочтению!

Подробнее..

Ученые приблизились к пониманию того, почему антиматерии во Вселенной меньше, чем материи

26.07.2021 18:13:58 | Автор: admin

Почему во Вселенной было больше материи, чем антиматерии? Ответ, по мнению физиков, может скрываться в частицах нейтрино

Наша крохотная голубая планета, как известно, вращается вокруг Солнца, которое, в свою очередь, движется со скоростью около 220-250 километров в секунду вокруг галактического центра сверхмассивной черной дыры Sagittarius A*. За пределами нашей Галактики находятся звездные системы они кажутся нам отсюда, с Земли, крохотными туманными пятнышками. Если двигаться все дальше и дальше от Млечного Пути, за пределы наблюдаемой Вселенной, мы увидим войды и галактические нити, что составляют космическую паутину. Наша Вселенная изумительна она порождает больше вопросов, чем ответов, позволяя нам строить самые разные предположения о ее устройстве. Но что мы действительно знаем о ней? По крайней мере о той ее части, что ученые называют наблюдаемой Вселенной? Если законы физики симметричны, как мы думаем, то Большой взрыв должен был создать материю и антиматерию в одинаковом количестве. Но почему, в таком случае, ученые наблюдают обратную картину?

Материя и антиматерия

Большой взрыв должен был создать равное количество материи и антиматерии в ранней Вселенной. Но сегодня все, что мы видим, от мельчайших форм жизни на Земле до крупнейших звездных объектов, почти полностью состоит из материи. А вот обнаружить антиматерию невероятно трудно. Более того, одна из величайших задач физики выяснить, что случилось с антиматерией и почему мы видим асимметрию между материей и антиматерией.

Как пишут исследователи из ЦЕРН, частицы антиматерии (или антивещества) имеют ту же массу, что и их аналоги из материи, но такие качества, как электрический заряд, противоположны. Положительно заряженный позитрон, например, является античастицей отрицательно заряженного электрона.

Частицы материи и антиматерии должны присутствовать во Вселенной в равном количестве. Но этого не происходит.

Читайте также: Ученые считают, что темная материя может скрываться в дополнительном измерении

Частицы материи и антивещества всегда образуются как пара и, если они соприкасаются, то аннигилируют друг с другом, оставляя после себя чистую энергию. В течение первых долей секунды Большого Взрыва горячая и плотная Вселенная гудела от пар частица-античастица, которые постоянно появлялись и исчезали. Если материя и антивещество рождаются и погибают вместе, кажется, что Вселенная не должна содержать ничего, кроме остатков энергии.

Тем не менее, крошечной части материи примерно одной частице на миллиард удалось выжить. Это то, что мы видим сегодня. Интересно, что в последние несколько десятилетий эксперименты по физике элементарных частиц показали, что законы природы не в равной степени применимы к материи и антивеществу.

Исследователи из ЦЕРН трудятся не покладая рук, пытаясь разгадать тайны Вселенной.

Теперь же, как пишут авторы нового исследования, «у нас есть возможность измерить эти нарушения симметрии, используя тяжелые радиоактивные молекулы, которые обладают чрезвычайной чувствительностью к ядерным явлениям, которые мы не можем увидеть в других молекулах в природе».

Речь, как вы уже могли догадаться, идет о нейтронах тяжелые элементарные частицы, которые не оказывают большого влияния на молекулу, будучи в одну миллионную ее размера и одновременно являясь ее частью.

Большинство атомов в природе содержат симметричное сферическое ядро, в котором равномерно распределены нейтроны и протоны. Но в некоторых радиоактивных элементах, таких как радий, атомные ядра имеют странную грушевидную форму с неравномерным распределением нейтронов и протонов внутри. Физики выдвигают гипотезу, что это искажение формы может усилить нарушение симметрии, которое привело к возникновению материи во Вселенной.

Еще больше увлекательных статей о том, как физики разгадывают величайшие тайны Вселенной читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Сколько во Вселенной антиматерии?

В мае этого года физики из Массачусетского технологического института сделали несколько удивительных открытий на основе очень маленькой радиоактивной молекулы, которая была создана в ускорителе частиц в ЦЕРН. Исследователи полагают, что при достаточно тщательном изучении эти новые типы радиоактивных молекул могли бы пролить некоторый свет на то, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии.

Радиоактивные молекулы могут показаться странным местом для начала поиска ответа на один из фундаментальных вопросов, который поставил в тупик современную физику. Но это не обычные радиоактивные молекулы они существуют только в слияниях нейтронных звезд или сверхновых. По сути, эти молекулы были впервые созданы здесь, на Земле.

Вселенная устроена сложнее, чем мы можем себе представить.

Что делает их интересными, так это их количество нейтронов. Физики смогли измерить влияние нейтрона на энергию его молекулы. Что, кстати, само по себе является научным прорывом (и невероятно сложной работой).
Во-первых, исследователи должны были создать новую молекулу. Особенно их интересовал монофлурид радия (RaF) нестабильная радиоактивная молекула, которая существует всего несколько секунд после создания.

Это интересно: Узнаем ли мы когда-нибудь как появилась Вселенная?

Как пишет Universe Today со ссылкой на исследование, после успешного создания подобных нестабильных молекул впервые в прошлом году, физики обратили внимание на различные изотопы, что находятся в их составе.

Полученные результаты показали, что рассматриваемые изотопы содержали разное количество нейтронов. Чтобы создать их, ученые разработали диск из карбида урана и фтористого углерода. После того, как его ударили низкоэнергетическим протонным пучком в ускорителе частиц в ЦЕРН, исследователи выпустили настоящий зоопарк новых молекул, в том числе 5 различных изотопов RaF.

Молекулы, содержащие тяжелые и деформированные радиоактивные ядра, могут помочь ученым измерить явления, нарушающие симметрию, и выявить признаки темной материи.

Чтобы захватить эти короткоживущие изотопы, физики использовали серию ионных ловушек лазеров и электромагнитных полей для их изоляции. Затем они измерили массу каждой из 5 молекул, чтобы оценить, сколько в ней содержится нейтронов. После этого еще один лазерный луч измерил квантовое состояние каждой молекулы. Удивительно, но разница в одном нейтроне может оказать измеримое влияние на общее квантовое энергетическое состояние молекулы, в которой находится.

Не пропустите: Почему наша Вселенная такая странная и существуют ли законы физики?

Величайшие тайны Вселенной

Радиоактивные молекулы состоят по меньшей мере из одного радиоактивного атома, связанного с одним или несколькими другими атомами. Каждый атом окружен облаком электронов, которые вместе создают в молекуле чрезвычайно высокое электрическое поле, которое, по мнению физиков, может усилить тонкие ядерные эффекты, такие как эффекты нарушения симметрии. Однако, помимо определенных астрофизических процессов, таких как слияние нейтронных звезд и звездных взрывов, эти радиоактивные молекулы не существуют в природе и поэтому должны быть созданы искусственно.

Таким образом, полученные в ходе недавнего исследования результаты показали, что радиоактивные молекулы, такие как RaF, сверхчувствительны к ядерным воздействиям. Их чувствительность, вероятно, может выявить более тонкие, невиданные ранее эффекты, такие как крошечные ядерные свойства, нарушающие симметрию, которые могли бы помочь объяснить расхождение между количеством материи и антиматерии во Вселенной.

Новые исследования показывают, что радиоактивные молекулы чувствительны к тонким ядерным явлениям.

Вам будет интересно: Ученые приблизились к пониманию того, почему существует Вселенная

Важно понимать, что новое открытие, каким бы сложным оно нам не казалось, может оказаться ключом к разгадке тайны не только материи и антиматерии, но и темной энергии. И все же, физикам предстоит проделать большую работу. Но кто знает, может быть, ускоритель частиц большего размера и правда поможет им ответить на фундаментальные вопросы о Вселенной?

Подробнее..

Ученые впервые уловили свет за черной дырой! Рассказываем, как им это удалось

03.08.2021 20:17:40 | Автор: admin

Астрофизики Стэнфорда сообщают о первом обнаружении света черной дыры

Где-то на просторах бесконечной Вселенной обитают самые загадочные объекты, которые только можно найти на ее просторах черные дыры. Нередко они достигают просто невероятных размеров и обладают чрезмерным гравитационным притяжением, что делает их одними из самых востребованных космических загадок. Даже крошечное наблюдение или подсказка о них создает огромный ажиотаж, причем не только среди публики посвященной, но и среди простых обывателей, вроде нас с вами. Считающиеся самыми трудными для изучения, эти космические монстры в последние десятилетия подверглись интенсивному научному изучению. В 2017 году астрономы совершили гигантский скачок, получив первое в истории изображение самого темного объекта в космосе, а также наличие магнитных полей вокруг них. И теперь, после неустанного преследования, ученые преодолели еще одну важнейшую веху в истории астрономических наблюдений: во-первых, исследователи обнаружили свет за черной дырой, который обычно скрывается за ее тенью. Что еще? Эти замечательные результаты еще раз подтвердили правоту Альберта Эйнштейна и его Общей теории относительности (ОТО).

Космические монстры

Новейшее открытие исследователей из Стэнфордского университета начиналось как попытка изучить одну из загадочных особенностей черных дыр ее корону. Но прежде чем мы перейдем к тому, что именно представляет собой этот участок черной дыры, давайте немного разберемся в том, как эти таинственные объекты устроены.

Начнем с того, что черная дыра состоит из трех слоев. Вопервых, горизонт событий самая известная ее часть образует границу черной дыры, покинуть которую не может ничего, даже кванты самого света. Вовторых, у черной дыры есть аккреционный диск невероятно горячий диск, где собирается вещество, прежде чем космический монстр окончательно его проглотит.

Черная дыра состоит из трех частей. Изображение: ESA

В-третьих, у черных дыр имеется корона, расположенная сразу за горизонтом событий. Ее название берет свои корни от солнечной короны, поскольку она демонстрирует аналогичные свойства и нагревается до миллионов градусов. Эта чрезвычайно горячая область состоит из перегретых частиц, подпитываемых мощным магнитным полем черных дыр. Была даже выдвинута гипотеза, согласно которой некоторые короны оттачивают мощность, чтобы извергать мощнейшие рентгеновские вспышки.

Вам будет интересно: Как умирают черные дыры?

«Это магнитное поле, связывающееся, а затем приближающееся к черной дыре, нагревает все вокруг нее и производит электроны высокой энергии, которые затем производят рентгеновские лучи», сказал Дэн Уилкинс, астрофизик из Стэндфордского университета и соавтор нового исследования.

И да, именно их заметили ученые вспышки, происходящие из не столь ожидаемого места вокруг черной дыры, расположенной на расстоянии 800 миллионов световых лет от Земли, в галактике, известной как I Zwicky 1 или IZw1.

Читайте также: Танец звезды рядом с черной дырой доказал правоту Эйнштейна

Альберт Эйнштейн оказался прав. Снова

Общая теория относительности Эйнштейна предсказывала, что свет должен изгибаться и отражаться из-за сильного гравитационного притяжения вокруг черной дыры. Вуаля! Команда обнаружила прямые свидетельства отраженного света вокруг сверхмассивного космического объекта. Наблюдения соответствовали предположениям теории о том, как именно свет должен вести себя в среде с экстремальной гравитацией.

Сначала астрономы наткнулись на серию ярких вспышек рентгеновского излучения от этой сверхмассивной черной дыры во время своих наблюдений с помощью телескопов NuSTAR и XMM-Newton. Удивительно, но они также обнаружили вспышки меньших и более ярких рентгеновских лучей, исходящих из странного места, то есть за черной дырой.

Черная дыра искривляет пространство вокруг себя, возвращая свет словно бумеранг.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

В конце концов команда определила, что это те же самые рентгеновские вспышки, но они отражаются от задней части диска. Меньшие вспышки люминесценции возникали как эхо за доли секунд, а иногда и более тусклые. С полным текстом работы можно ознакомиться в журнале «Природа».

«Любой свет, который попадает в эту черную дыру, не выходит, поэтому мы не должны видеть ничего, что находится за черной дырой. Причина, по которой мы можем видеть эти вспышки, заключается в том, что черная дыра искривляет пространство, искривляет свет и скручивает магнитные поля вокруг себя», пишут исследователи.

Словом, новое исследование вывело наше понимание черных дыр и процессов вокруг них на совершенно новый уровень. Что еще более важно, полученные результаты дают эмпирические доказательства теории одного из величайших ученых, что когда-либо жили на нашей планете. Подробно о том, как разобраться в Общей теории относительности Эйнштейна мы рассказывали в этой статье. Рекомендую к прочтению!

Подробнее..

Физики впервые увидели, как фотоны преобразуются в материю

18.08.2021 02:11:12 | Автор: admin

С помощью процесса Брейта-Уилера чистый свет потенциально можно преобразовать в материю.

«Мы живем на ничем не примечательной планете, которая вращается вокруг ничем не примечательной звезды. Но у нас есть шанс познать Вселенную», так говорил один из величайших ученых нашего времени, британский физик-теоретик Стивен Хокинг. Прекрасные слова, правда? Вселенная и мир, который нас окружает, удивительны. Атомы, которые зародились в ядрах сверхновых звезд теперь составляют нас самих и все живое на Земле. Но наше понимание Вселенной, увы, мало назвать неполным мы видим лишь малую ее часть с помощью наших лучших инструментов, а разгадать ее величайшие загадки по-прежнему не в силах. Но, результаты нового исследования, кажется, могут изменить ситуацию. Авторы научной работы полагают, что материя во Вселенной создается путем столкновения фотонов. Если достаточно сильно столкнуть два фотона, то можно создать материю: электрон-позитронную пару, преобразование света в массу в соответствии со специальной теорией относительности Эйнштейна. Это явление называется процессом Брейта-Уилера и впервые было изложено в 1934 году.

Что такое процесс Брейта-Уилера?

Процессом Брейта-Уилера исследователи называют простейшую реакцию, с помощью которой свет можно превратить в вещество. В 1934 году Грегори Брейт и Джон А. Уилер разработали теорию процесса электрон-позитронной пары при столкновении двух фотонов. Полученные выводы ученые опубликовали в научном журнале Physical Review.

Однако, несмотря на удивительные выводы исследователей, они не предполагали реальной демонстрации процесса. Все потому, что в те годы способа придать фотону необходимую энергию попросту не существовало.
Хотя процесс является одним из проявлений эквивалентности массы и энергии, в 2014 году команда исследователей пришла к выводу, что процесс Брейта-Уилера никогда не наблюдался на практике из-за сложности фокусировки встречных гамма-лучей.

Свет можно преобразовать в материю. Кто бы мог подумать?

Это интересно: Что такое темные фотоны и почему физики снова начали их искать

Но прямое наблюдение чистого явления, включающего всего два фотона, оставалось неуловимым, главным образом потому, что фотоны должны быть чрезвычайно энергичными, а у ученых нет технологии для создания гамма-лазера. Но физики из Брукхейвенской национальной лаборатории говорят, что нашли способ обойти этот камень преткновения с помощью релятивистского коллайдера тяжелых ионов (RHIC) он, в конечном итоге, позволил физикам наблюдать процесс Брейта-Уилера в действии.

Как фотоны преобразуются в материю?

Как следует из названия коллайдера, ускорение ионов это ускорение атомных ядер, лишенных своих электронов. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, а протоны (внутри ядра) имеют заряд положительный, в результате процесса Брейта-Уилера остается ядро с положительным зарядом. Чем тяжелее элемент, тем больше в нем протонов и тем сильнее положительный заряд образующегося иона.

В ходе исследования команда использовала ионы золота, которые содержат 79 протонов, и мощный заряд. Когда ионы золота ускоряются до очень высоких скоростей, они генерируют круговое магнитное поле, которое может быть таким же мощным, как перпендикулярное электрическое поле в коллайдере. Там, где они пересекаются, эти равные поля могут создавать электромагнитные частицы, или фотоны.

Диаграмма, показывающая, как близкое попадание ионов золота приводит к столкновениям фотонов. (Изображение предоставлено исследователями Брукхейвенской лаборатории)

Когда ионы движутся со скоростью, близкой к скорости света, ядро золота окружает пучок фотонов, которые движутся вместе с ним, как облако, объясняют авторы научной работы. В коллайдере RHIC ионы ускоряются до релятивистских скоростей то есть тех, которые составляют значительный процент от скорости света. В этом эксперименте ионы золота были ускорены до 99,995 процента скорости света.

Хотите всегда быть в куре последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Вот где происходит волшебство: когда два иона просто разминулись, два их облака фотонов могут взаимодействовать и сталкиваться. Сами столкновения обнаружить невозможно, но возникающие в результате электрон-позитронные пары поддаются наблюдению. «Однако одного обнаружения электрон-позитронной пары недостаточно», пишут авторы исследования.

Дело в том, что фотоны, образующиеся в результате электромагнитного взаимодействия, являются виртуальными фотонами, ненадолго появляющимися и исчезающими, и не имеют той же массы, что и их «реальные» аналоги. А для наблюдения процесса Брейта-Уилера должны столкнуться два реальных фотона, а не виртуальных.

Интересный факт
Частицы материи и антиматерии пары электронов и позитронов можно создать, столкнув высокоэнергичные фотоны, представляющие собой квантовые "пакеты" света. Фотоны преобразуются в материю, и это следствие формулы Эйнштейна E = mc, которая показывает взаимозаменяемость энергии и материи.

Процесс Брайта-Уилера

Но при релятивистских скоростях виртуальные частицы могут вести себя как настоящие фотоны. К счастью, теперь физики могут определить, какие пары электрон-позитрон образуются в процессе Брейта-Уилера: они проанализировали 6000 пар электронов и позитронов, которые образовались в ходе столкновения ядер атомов золота на коллайдере (RHIC). Также физики измерили все распределения энергии, массы и квантовые числа систем.

Они согласуются с теоретическими расчетами того, что произойдет с реальными фотонами, сказал физик Даниэль Бранденбург из Брукхейвенской лаборатории. Наши результаты дают четкие доказательства прямого одноэтапного создания пар материя-антиматерия в результате столкновений света, как первоначально предсказывали Брейт и Уилер».

Читайте также: Что квантовая физика может рассказать о природе реальности?

Следует также отметить, что работа команды в высшей степени убедительна по крайней мере, она показывает, что исследователи идут по правильному пути. Ну а пока они будут продолжать наблюдения за созданием материи, мы смело можем ожидать дальнейших и удивительных открытий.

Подробнее..

Колебание крошечной частицы нарушает известные законы физики

11.04.2021 18:19:36 | Автор: admin

Мюонное кольцо g-2 в Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (Fermilab, США), работает при температуре минус 450 градусов по Фаренгейту и изучает колебания мюонов при прохождении через магнитное поле.

Вот и наступил долгожданный момент на этой неделе ученые объявили о существовании неизвестных для науки элементарных частиц и взаимодействий между ними, которые жизненно необходимы для природы и эволюции космоса. Наши постоянные читатели наверняка знают, что в последнее время число свидетельств того, что крошечная субатомная частица, похоже, не подчиняется известным законам физики, растет. Новое открытие, по мнению ученых, открывает дверь в неизвестность в нашем понимании Вселенной. Как пишет в своем Twitter американский физик-теоретик Митио Каку, полученные результаты свидетельствуют о том, что мюон (его обнаружили в космических лучах) и электрон которые должны быть идентичны по-видимому, обладают разными свойствами. Это может являться свидетельством существования некой «высшей теории физики, включающей новые частицы, и одновременно быть подтверждением теории струн». Но не все ученые с ним согласны, так как чтобы подтвердить полученные в Fermilab результаты, потребуются годы исследований.

Прощай, Стандартная модель?

О том, что новое открытие, вероятно, является важнейшим для современной физики, пишут все мировые СМИ. Еще бы эксперименты с частицами, известными как мюоны, показывают, что существуют неизвестные науке формы материи и энергии. Несмотря на поразительный успех в объяснении фундаментальных частиц и сил, составляющих Вселенную, описание Стандартной модели остается прискорбно неполным.

Во-первых, она не учитывает гравитацию и точно так же молчит о природе темной материи, темной энергии и масс нейтрино. Чтобы объяснить эти явления и многое другое, ученые искали Новую физику (физику за пределами Стандартной модели), исследуя аномалии, в которых экспериментальные результаты расходятся с теоретическими предсказаниями.

Что такое Мюон

Мюон это неустойчивая элементарная частица с отрицательным зарядом, похожая на электрон, но гораздо тяжелее. Является неотъемлемым элементом космоса. Исследователи отмечают, что эти фундаментальные частицы представляют собой крошечные вращающиеся вокруг собственной оси магниты.

Исследователи Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (Fermilab, США) в ходе эксперимента Muon g-2 хотели получить точные измерения колебания магнитных мюонов при прохождении через магнитное поле. Если экспериментальное значение магнитного момента этих частиц отличается от теоретического предсказания аномалия это отклонение может быть признаком новой физики, в которой на мюон влияет тонкая и неизвестная частица или сила.

«Это наш момент посадки марсохода», сказал Крис Полли, физик из Национальной ускорительной лаборатории Ферми, где проводятся исследования в интервью The New York Times.

Недавно обновленное экспериментальное значение для мюонов, опубликованное в Physical Review Letters, отклоняется от теории лишь на ничтожную величину (0,00000000251) и имеет статистическую значимость 4,2 сигма (для полной уверенности ученым нужно достичь показателя в 5 сигма). Но даже это крошечное количество может сильно изменить направление физики элементарных частиц.

Как пишет Scientific American, при такой статистической значимости сигмы исследователи пока не могут сказать, что совершили открытие. Но доказательства существования новой физики в мюонах в сочетании с аномалиями, недавно наблюдавшимися в эксперименте Большого адронного коллайдера Beauty (LHCb) в ЦЕРН близ Женевы впечатляют и раззадоривают ученых. Подробнее об этом открытии читайте в нашем материале.

Как физики обнаружили аномалию

Представьте себе каждый мюон в виде крошечных аналоговых часов. По мере того как частица вращается вокруг магнита, ее часовая стрелка вращается со скоростью, предсказанной Стандартной моделью. Когда время мюона истекает, он распадается на позитрон, который испускается в направлении часовой стрелки. Но если эта стрелка поворачивается со скоростью, отличной от теоретической скажем, слишком быстро распад позитрона в конечном итоге будет направлен в несколько ином направлении. (В этой аналогии часовая стрелка соответствует спину мюона квантовому свойству, определяющему направление распада мюона.) Обнаружьте достаточно отклоняющихся позитронов, и вы получите аномалию.

Когда мюон путешествует в пространстве, это пространство на самом деле представляет собой шипящий и роящийся суп из бесконечного числа виртуальных частиц, которые могут появляться и исчезать.

Кольцо хранения частиц мюона g-2 в здании MC-1 в Fermilab.

Однако то, что эта аномалия подразумевает, неоднозначно. Возможно, что-то не учитывается Стандартной моделью, и это может быть разница между электронами и мюонами. Или же подобный эффект может наблюдаться в электронах, которые в настоящее время слишком малы, чтобы их можно было увидеть. Напомним, что масса частицы связана с тем, насколько она может взаимодействовать с более тяжелыми неизвестными частицами, поэтому мюоны, масса которых примерно в 200 раз больше массы электронов, гораздо более чувствительны.

Ученые также сообщили, что вероятность того, что полученные измерения могут быть случайностью равняются одному из 40 000. Это значительно меньше золотого стандарта, необходимого для официального открытия по стандартам физики, а результаты, полученные исследователями, составляют лишь 6 процентов от общего объема данных, которые мюонный эксперимент, как ожидается, соберет в ближайшие годы.

Читайте также: Ученые приблизились к пониманию того, почему существует Вселенная

Новая физика

Сенсационное открытие исследователей из Fermilab является важным звеном в нашем понимании того, что может лежать за пределами Стандартной модели, но у теоретиков, которые ищут новую физику, нет бесконечного пространства для исследования. Любая теория, которая пытается объяснить результаты мюонного эксперимента, должна также учитывать отсутствие новых частиц, в ходе исследований на БАК в ЦЕРН.

Осмотр мюонного кольца g-2 в 2013 году.

Интересно, что в некоторых из предложенных на сегодняшний день теорий Вселенная содержит несколько типов бозонов Хиггса, а не только тот, который включен в Стандартную модель. Другие теории ссылаются на экзотические «лептокварки», которые вызывают новые виды взаимодействий между мюонами и другими частицами. Но поскольку многие из простейших версий этих теорий уже были исключены, физикам «приходится мыслить нетрадиционными способами», пишет National Geographic.

Однако как и Fermilab, эксперимент LHCb нуждается в большем количестве данных, прежде чем заявить о новом открытии. Но даже сейчас сочетание этих двух результатов не дает физикам спать спокойно.

Следующий шаг в этом направлении исследований повторить полученные результаты. Выводы Fermilab основаны на первом запуске эксперимента, который закончился в середине 2018 года. В настоящее время команда анализирует данные двух дополнительных запусков. Если эти данные будут похожи на данные полученные в ходе первого запуска, их может быть достаточно, чтобы сделать аномалию полномасштабным открытием к концу 2023 года.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира популярной науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram, чтобы не пропустить ничего интересного!

Физики также приступили к внимательному изучению предсказаний Стандартной модели, особенно в тех ее местах, которые, как известно, трудно вычислить. Новые суперкомпьютеры также должны помочь в этом нелегком деле, но все же потребуются годы, чтобы просеять эти тонкие различия и увидеть, как они влияют на охоту за новой физикой.

Физик-теоретик Митио Каку поделился своими мыслями о последних открытиях в своем Twitter.

Также нельзя не отметить реакцию на последние открытия известных физиков-теоретиков в Twitter. Митио Каку, например, считает, что полученные результаты также могут являться подтверждением теории струн. О том, как теория струн стала одной из величайших надежд теоретической физики, а потом пришла в долгосрочный упадок, мы рассказывали в этой статье. Рекомендую к прочтению.

Подробнее..

Антиматерию охладили почти до абсолютного нуля лазерным лучом

12.04.2021 20:12:38 | Автор: admin

Впервые физики использовали лазерный свет (фиолетовый) для охлаждения антиматерии. Серые линии показывают движение атома антиводорода до охлаждения; синие-после.

Пока мы с вами заняты повседневными делами, ученые в ЦЕРН охлаждают почти до абсолютного нуля антиматерию и вообще-то стоят на пороге открытия Новой физики. И так как нет на свете ничего интереснее чем тайны мироздания, предлагаю ненадолго отложить дела и погрузиться в изумительный мир физики. Начнем с того, что теорию антиматерии впервые предложил английский физик-теоретик, один из создателей квантовой теории Поль Дирак в 1928 году. Всего четыре года спустя его теория получила подтверждение. Сегодня мы знаем, что антиматерией ученые называют эфирную противоположность материи. Ее частицы идентичны своим материальным двойникам, за исключением их физических свойств там, где электрон имеет отрицательный заряд, его антиматериальный двойник, позитрон, имеет положительный. Причина, по которой мы не сталкиваемся с антиматерией так часто, как с обычной материей, заключается в том, что они аннигилируют друг с другом при контакте, что чрезвычайно затрудняет хранение и изучение антиматерии в повседневной жизни.

Материя и антиматерия

Теория, которая описывает большую часть взаимодействий всех известных науке элементарных частиц называется Стандартной моделью. Если она верна, то все физические свойства и химические элементы частиц материи и антиматерии (за исключением заряда), должны были быть одинаковыми космологи полагают, что в первые секунды после Большого взрыва материи и антиматерии во Вселенной было примерно поровну. Это, однако, противоречит реальности и ученые уже много десятилетий спорят о том, почему в наблюдаемой Вселенной антиматерии нет.

Сегодня многие ученые считают, что ответ необходимо искать в малейших различиях в поведении, свойствах и устройстве частиц материи и антиматерии. Такие различия, например, могут существовать в массах протонов и антипротонов, но на сегодняшний день доказательств этой теории нет. Причина, в частности, кроется в отсутствии разнообразных инструментов для сложных манипуляций с частицами антиматерии.

Читайте также: Крах Стандартной модели колебание крошечной частицы нарушает известные законы физики

Недавно физики из Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) в Швейцарии в рамках проекта ALPHA-2 попробовали решить проблему антиматерии с помощью специальной магнитной ловушки для позитронов и антипротонов, благодаря которым образуются одиночные атомы антиводорода.

Эксперимент ALPHA в ЦЕРН.

Антиводород простейший стабильный атом, который состоит только из частиц антиматерии, а именно антипротона и антиэлектрона (позитрона). В 1995 году 11 атомов антиводорода были получены в результате реакций в ускорителе частиц в ЦЕРН. Каждый атом существовал всего несколько десятков наносекунд.

Необходимо отметить, что с помощью так называемой магнитной ловушки, ученые уже не раз уточняли массу одиночных антипротонов и атомов антиводорода, а также измеряли их взаимодействие с гравитацией.

Как охладить антиматерию?

Разгоняя обычные частицы материи до скорости, близкой к скорости света, а затем разбивая их вместе, команда исследователей из Канады смогла создать античастицы. Затем ученые управляли и замедляли ускоряющиеся античастицы, используя чрезвычайно сильные магнитные и электрические поля. В конце концов, им удалось заключить облака позитронов и антипротонов в магнитное поле, пока те не объединились в антиводород. Когда это произошло, физики охладили антиводородное облако, взорвав его лазером. Но как вообще можно охладить что-то лазером?

Пристальное внимание к лазерам, которые используются в ALPHA-2 для измерения позитронов, антиводорода и свойств антипротонов, позволило ученым предположить, что их можно было бы использовать чтобы значительно «затормозить» движение частиц, тем самым охладив антиматерию.

В ходе исследования, результаты которого опубликованы в журнале Nature, физики подобрали для лазеров особую частоту работы, при которой пучки порождаемых ими частиц света активно взаимодействовали только с теми атомами антиводорода, что двигались в сторону детекторов ускорительной установки. Это позволило ученым быстро получить разреженное облако из атомов материи и антиматерии, которые двигались очень медленно и практически не сталкивались друг с другом.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и популярных технологий? Подписывайтесь на наш канал в Google News, чтобы не пропустить ничего интересного!

Ведущий автор исследования Макото Фудзивара стоит перед экспериментальным аппаратом ALPHA в ЦЕРН в Швейцарии.

Облучая атомы антиводорода таким образом, ученым в конечном итоге удалось охладить их на одну двадцатую градуса выше абсолютного нуля, что сделало антиматерию более чем в 3000 раз холоднее самой холодной зарегистрированной температуры в Антарктике. Также физики проследили за частиц антиводорода с фотонами (частицами света). Как отмечают авторы исследования, первое в истории охлаждение антиматерии увеличивает точность подобных измерений как минимум в четыре раза.

Это интересно: Физики переосмысли строение Вселенной. Темная энергия больше не нужна?

Между тем, новые исследования в этой области должны помочь ученым раскрыть некоторые из самых больших секретов Вселенной, например, как на антиматерию влияет гравитация и реальны ли некоторые из фундаментальных теоретических симметрий, предложенных физикой.»В будущем мы хотим получить один антиатом в вакууме и разделить его на квантовую суперпозицию, чтобы он создал интерференционную картину с самим собой», объясняют авторы исследования в интервью Live Science.

Все потому, что квантовая суперпозиция позволяет очень маленьким частицам, таким как антиводород, появляться более чем в одном месте одновременно. Поскольку квантовые частицы ведут себя и как частица, и как волна, они могут интерферировать друг с другом, создавая картину пиков и впадин, подобно тому, как волны из моря движутся через буруны. Одним словом, впереди еще очень много работы, но будущее определенно точно принесет с собой серьезные изменения в нашем понимании окружающей Вселенной.

Подробнее..

Действительно ли мир стоит на пороге открытия новой физики?

17.04.2021 20:10:37 | Автор: admin

Физика переживает интересные времена одни исследования показывают, что возможно существует неизвестная науке сила природы, а другие свидетельствуют, что Стандартная модель по-прежнему непоколебима.

Пятнадцать лет назад физики из Брукхейвенской национальной лаборатории обнаружили нечто удивительное. Мюоны тип субатомных частиц двигались неожиданными образом, что не соответствовало теоретическим предсказаниям. С тех пор физики пытались понять почему. Недавно группа исследователей из Fermilab занялась экспериментальной стороной вопроса и 7 апреля 2021 года опубликовала результаты, подтверждающие первоначальное измерение. Ряд исследователей, однако, придерживается другого подхода, полагая, что никакой «новой физики» на горизонте нет. Так, команда ученых в рамках сотрудничества Budapest-Marseille-Wuppertal Collaboration попробовала выяснить, не было ли старое теоретическое предсказание неверным. Для расчета взаимодействия мюонов с магнитными полями был использован новый метод. Если расчеты исследователей верны, то никакого расхождения между теорией и экспериментом нет, как и не открытой силы природы.

Мюон и Стандартная модель

Хотя это и не очевидно, но мюоны более тяжелые и нестабильные сестры электрона окружают нас со всех сторон. Создаются эти субатомные частицы, например, при столкновении космических лучей с частицами в атмосфере нашей планеты. Интересно, что мюоны могут проходить сквозь материю, а ученые используют их для исследования недоступных внутренних структур от гигантских вулканов до египетских пирамид.

Мюоны, как и электроны, обладают электрическим зарядом и генерируют крошечные магнитные поля. Сила и ориентация этого магнитного поля называется магнитным моментом.

Почти все во Вселенной, от строения атомов до работы компьютеров и движения галактик, можно описать с помощью четырех взаимодействий: гравитации; электромагнетизма; слабого взаимодействия, отвечающего за радиоактивный распад; сильного взаимодействия, отвечающего за удержание протонов и нейтронов в ядре атома. Эту структуру ученые называют Стандартной моделью физики элементарных частиц.

Интересно, что все взаимодействия Стандартной модели вносят в свой вклад в магнитный момент мюона, но каждое из них делает это несколькими различными способами, определить которые оказалось невероятно трудно.

Мюоны, обнаруженные в космических лучах, переполошили научное сообщество и даже широкую общественность.

«Большинство явлений в природе можно объяснить с помощью Стандартной модели, отмечает Золтан Фодор, профессор физики в Пенсильванском университете и руководитель исследовательской группы. «Мы можем предсказать свойства частиц чрезвычайно точно, основываясь только на этой теории, поэтому, когда теория и эксперимент не совпадают, мы рассматриваем вероятность того, что обнаружили что-то новое, что-то за пределами Стандартной модели».

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Магнетическая тайна

В прошлом для расчета магнитного момента мюона физики использовали смешанный подход они собирали данные о столкновениях между электронами и позитронами противоположностью электронов и использовали их для вычисления вклада сильного взаимодействия в магнитный момент мюона. Этот подход использовался для дальнейшего уточнения оценки в течение десятилетий. Последние результаты относятся к 2020 году и дают очень точную оценку.

В исследовании, опубликованном 6 апреля в журнале Nаture, физики применили новый подход, который дает оценку напряженности магнитного поля мюона и близко соответствует его экспериментальному значению. Примечательно, что ученые использовали полностью проверенную теорию, которая была полностью независима от опоры на экспериментальные измерения.

«Мы начали с довольно простых уравнений и построили всю оценку с нуля», пишут исследователи. Новые вычисления потребовали сотен миллионов процессорных часов в нескольких суперкомпьютерных центрах Европы и привели теорию в соответствие с измерениями.

Читайте также: Физики переосмысли строение Вселенной. Темная энергия больше не нужна?

Физики использовали более интенсивный источник мюонов, что дало им более точный результат, который почти идеально соответствовал старому измерению.

Полученные данные существенно сокращают разрыв между теорией и экспериментальными измерениями и, если являются верными, подтверждают главенство Стандартной модели, которая десятилетиями руководила физикой элементарных частиц. Но история на этом не заканчивается, так как теперь полученные результаты должны быть перепроверены другими исследовательскими группами. Но что в итоге?

Новые эксперименты

Важно понимать, что для открытия Новой физики, выходящей за рамки Стандартной модели, существует научный консенсус расхождение между теорией и измерением должно достигать пяти сигм статистической меры, которая приравнивается к вероятности примерно 1 к 3,5 миллионам.

Это интересно: Ученые из ЦЕРН стоят на пороге открытия новой физики

В случае мюона измерения его магнитного поля отклонялись от существующих теоретических предсказаний примерно на 3,7 сигмы. Это, безусловно, интригующе, но недостаточно для того, чтобы объявить о крахе Стандартной модели. Так что в будущем исследователи намереваются улучшить как измерения, так и теорию в надежде либо примирить теорию и измерение, либо увеличить сигму до уровня, который позволил бы объявить об открытии Новой физики.

Подробнее..

Физики изобрели способ обнаружить темную материю

22.04.2021 18:07:46 | Автор: admin

Физики разработали методику для окончательного обнаружения темной материи

Нашу Вселенную формирует нечто, что мы c вами не можем непосредственно наблюдать. Эта таинственная субстанция, называемая темной материей, заполняет 85% Вселенной и ответственна за ее структуру и расположение галактик и звезд. Так как темная материя не взаимодействует со светом, но имеет вес, измерить ее можно только косвенно темная материя искривляет свет звезд из-за гравитационного эффекта, подобно тому, как стекло преломляет свет. Стоит ли удивляться, что эта таинственная субстанция десятилетиями ставила ученых в тупик. Но наука не стоит на месте и последние исследования в области квантовых технологий могут оказаться жизненно важным звеном в разгадке тайны темной материи. Недавно коллаборация исследователей из США разработала новые устройства, использующие квантовые вычислительные биты, способные обнаруживать слабые сигналы от любой из субатомных частиц. Новый метод, как полагают физики, позволит искать доказательства существования темной материи в 1000 раз быстрее, чем когда-либо.

Удивительные открытия

Пока марсоходы летают по Красной планете, мир физики буквально сотрясают научные открытия. Недавно исследователи из Fermilab сообщили об открытии, результаты которого расходятся со Стандартной моделью теоретической конструкцией, которая описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц. Согласно полученным результатам, мюоны их обнаружили в космических лучах при прохождении через магнитное поле отклоняются, что противоречит теории и может быть признаком существования неизвестной науке силы природы.

В то же самое время ученые из Budapest-Marseille-Wuppertal Collaboration применили новый метод расчета взаимодействия мюонов с магнитными полями. Их результаты, как это ни странно, подтвердили незыблемость Стандартной модели и если окажутся верны, то никакого расхождения между теорией и экспериментом нет, а значит нет и новой силы природы.

Важно отметить, что описанные выше исследования далеко не единственные в этой области. Так, ранее полученные результаты на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН также свидетельствуют о возможном существовании новой физики, а датские ученые недавно и вовсе поставили под сомнение существование темной энергии силы, которая, как считается, ответственна за расширение Вселенной.

Эксперименты в ЦЕРН на Большом адронном коллайдере также свидетельствуют (если верны), о наличии «новой физики».

Сегодня сами физики не могут сказать что-то определенное (особенно о крахе Стандартной модели), так как все полученные результаты необходимо будет перепроверить. Этот процесс, по мнению ученых, может занять год или полтора. Как сообщил физик Андрей Голутвин, работающий на Большом адронном коллайдере, в интервью Тасс.Наука, за это время существование новой физики или подтвердят, или опровергнут.

Ну а пока ученые трудятся над проверкой результатов, физики из Чикагского университета, похоже, нащупали ключ к разгадке тайны темной материи, который и это самое интересное связан с результатами, полученными в Fermilab.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Как обнаружить темную материю?

Прямое обнаружение частиц темной материи ускользало от ученых на протяжении десятилетий, но отнюдь не из-за недостатка попыток. Эксперименты на Земле были направлены на поиск странного вещества с помощью БАК, но космос, похоже, проводит свои собственные эксперименты астрономы (при условии что они знают где искать) уже сегодня могут обнаружить сигнатуру темной материи. Сделать это можно с помощью необычного рентгеновского излучения от галактик (когда частицы темной материи распадаются), странных вспышек света или рентгеновских лучей вблизи нейтронных звезд (когда частицы темной материи превращаются в фотоны в их мощных магнитных полях). Но есть и другой способ.

Его недавно продемонстрировала команда исследователей из Чикагского университета и Национальной ускорительной лаборатории Ферми Министерства энергетики США, разработав новые устройства, способные обнаруживать слабые сигналы от любой из субатомных частиц «аксиона» и «скрытого фотона» считалось, что они взаимодействуют с фотонами или частицами света в видимой повседневной Вселенной.

Новый метод позволит ученым искать доказательства существования темной материи в 1000 раз быстрее, чем когда-либо.

Вам будет интересно: Могут ли гравитационные волны разрешить кризис космологии?

Теоретическое существование аксионов было предложено более 30 лет назад, вот только обнаружить их экспериментальным путем не удалось. Новая техника, по мнению ученых, способна радикально продвинуть научные исследования в области изучения темной материи. Ознакомиться с текстом исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters можно здесь.

«Мы знаем, что вокруг нас существует огромное количество массы, которая не состоит из того же материала, что и мы с вами», сказал Аарон Чоу, физик из Fermilab и соавтор нового исследования в интервью New Atlas. «Природа темной материи это действительно непреодолимая тайна, которую многие из нас пытаются разгадать.»

Кубиты и темная материя

Необходимо отметить, что в последнее десятилетие ученые улучшили способность использовать свойства квантовой механики, которые управляют странным поведением частиц в мельчайших масштабах Вселенной. Достижения в этой области позволили создать такую технологию, как «кубит» или бит квантовых вычислений. Кубиты невыразимо чувствительны к малейшим нарушениям в окружающей среде. И это (как вы уже могли догадаться) именно то, что нужно физикам для обнаружения темной материи.

Кубит (маленький прямоугольник) устанавливается на сапфировую подложку, которая располагается на кончике пальца. Ученые использовали кубит, подобный этому, чтобы разработать методику, которая ускорит поиск аксионной темной материи и скрытых фотонов.

Читайте также: Если гравитация это не сила, то как она притягивает объекты?

Новая методика использует кубиты для обнаружения фотонов, генерируемых при воздействии частиц темной материи на электромагнитное поле. Специальное устройство, так называемый сверхпроводящий резонатор, предлагает способ создания и хранения сигнального фотона: как только фотон оказывается там, в полость вставляется кубит, собирающий о нем данные. Этот метод, вероятнее всего, поможет обнаружить темную материю, поскольку любую невидимую частицу, которая преобразуется в фотоны, можно будет увидеть. Так что нам с вами снова остается ждать, но только на этот раз в предвкушении.

Подробнее..

Физики зафиксировали тысячи молекул в одном квантовом состоянии

01.05.2021 18:17:16 | Автор: admin

Ух! Переда вами бозонный аналог перехода от конденсата Бозе-Эйнштейна к сверхтекучей жидкости Бардина-Купера-Шриффера в газе Ферми.

Автором нового исследования, опубликованное в журнале Nature, похоже удалось решить одну из самых важных задач квантовой физики они продемонстрировали как привести несколько молекул сразу в единое квантовое состояние. Напомню, что когда группа частиц, охлажденных до абсолютного нуля, разделяет единое квантовое состояние и вся группа начинает вести себя так, как если бы это был один атом, физики говорят о конденсате Бозе-Эйнштейна. Этого состояния, безусловно, достичь трудно, но когда это происходит, открывается целый мир новых возможностей. Ученые проделывали это с атомами на протяжении десятилетий, но проделай они то же самое с молекулами, сегодня мы, вероятно, обладали бы разными формами квантовых технологий. Но поскольку молекулы больше атомов и имеют гораздо больше движущихся частей, большинство попыток обуздать их не увенчались успехом. Впрочем, так было до конца апреля этого года в ходе нового исследования команда физиков охладила атомы цезия, а затем ограничила молекулы таким образом, чтобы они находились на двумерной поверхности и могли двигаться только в двух направлениях. В результате получился набор практически идентичных молекул в едином квантовом состоянии.

Что такое конденсат Бозе-Эйнштейна

Как известно, и свертекучесть, и сверхпроводимость это результаты изменения в поведении скоплений квантовых частиц при низких температурах. Явление, связанное с этим, включает в себя создание совершенно нового состояния вещества. Помимо трех известных состояний вещества жидкостей, газов и твердых тел существует четвертое плазма. Она возникает при нагревании газа до температур, при которых атомы теряют электроны и превращаются в заряженные ионы. Ионы часто образуются в химических реакциях, например в той, где соль (хлорид натрия) растворяется в воде, производя ионы натрия и хлора, или в тех, при которых нагревается газ.

Интересно и то, что плазма является наиболее часто встречающимся веществом во Вселенной поскольку в основном из нее состоят звезды, которые составляют основную массу галактик (не считая темной материи). С плазмой мы сталкиваемся и в обычной жизни когда смотрим на пламя или на типы телевизоров с плоским экраном. Но на холодном конце шкалы температур имеется пятое состояние вещества конденсат Бозе-Эйнштейна.

Стандартная модель физики элементарных частиц разделяет частицы на две группы, которые не подчиняются принципу запрета: фермионы (электроны и кварки) и бозоны (фотоны). Бозоны обычно друг с другом не взаимодействуют и многие из них могут сосуществовать в одном квантовом состоянии.

Конденсат Бозе-Эйнштейна образуется, если охладить газ до почти абсолютного нуля.

В конденсате Бозе-Эйнштейна огромное число частиц связаны друг с другом таким образом, что эта связь позволяет им вести себя подобно одному большому бозону, наделяя вещество такими необычными свойствами, как способность захватывать свет. Название «бозе-эйнштейновский» отсылает к модели, используемой для описания коллективного поведения частиц «бозе-эйнштейновской» статистике одним из двух вариантов того, как могут вести себя квантовые частицы. Другой вариант это статистика Ферми-Дирака.

Интересуетесь физикой и новостями из мира высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Как зафиксировать молекулы в одном квантовом состоянии?

В ходе нового исследования, опубликованного в журнале Nature 28 апреля, команда ученых из Чикагского университета охладила атомы цезия почти до абсолютного нуля в этом состоянии каждый атом стационарен, а все электроны находятся на нижнем уровне; теоретически это происходит при -273,15 градусах по Цельсию (0 градусов по шкале Кельвина). Это происходило в несколько этапов.

Первым было охлаждение всей системы до 10 нанокельвинов на волосок выше абсолютного нуля. Затем они упаковали молекулы в ползучее пространство так, чтобы те были прижаты плашмя. «Как правило, молекулы хотят двигаться во всех направлениях, и если позволить им это, то они становятся менее стабильны. Мы ограничили молекулы таким образом, чтобы они находились на двумерной поверхности и могли двигаться только в двух направлениях», пишут авторы исследования.

Читайте также: Почему квантовая физика сродни магии?

Проф. Чен Чин в лаборатории в Чикагском университете. Его лаборатория объявила о прорыве в приведении нескольких молекул в одно квантовое состояние. Это одна из самых важных целей в квантовой физике.

В результате получился набор практически идентичных молекул выстроенных в линию с абсолютно одинаковой ориентацией, одинаковой частотой колебаний и в одном и том же квантовом состоянии. Ученые описали этот молекулярный конденсат как чистый лист новой чертежной бумаги для квантовой инженерии.

«Это абсолютно идеальная отправная точка. Например, если вы хотите создать квантовые системы для хранения информации, вам нужно начать с чистого листа, прежде чем вы сможете отформатировать и сохранить эту информацию», отметил ведущий автор исследования Чен Чин из Чикагского университета в интервью изданию Sciencealert.

Примечательно, что до сих пор ученым удавалось связать вместе до нескольких тысяч молекул в таком состоянии и они только начинают исследовать его потенциал. Как объясняют авторы научной работы, в традиционном понимании химии мы обычно думаем о том, что несколько атомов и молекул сталкиваются и образуют новую молекулу. Но в квантовом состоянии все молекулы действуют вместе, проявляя коллективное поведение. Это открывает совершенно новый способ изучения того, как молекулы могут взаимодействовать друг с другом, чтобы превратиться в молекулы нового типа.

Вам будет интересно: Действительно ли мир стоит на пороге открытия новой физики?

Результаты работы, как надеются ее авторы, в будущем могут лечь в основу форм квантовых технологий. Помимо прочего, благодаря своей богатой энергетической структуре холодные молекулы могут способствовать прогрессу в квантовой инженерии и квантовой химии. В общем, на лицо все свидетельства того, что в скором времени нас ожидаем много удивительных открытий.

Подробнее..

Ученым удалось увидеть вибрацию атомов с помощью мощного электронного микроскопа

23.05.2021 18:19:41 | Автор: admin

Перед вами электронная птихографическая реконструкция кристалла ортоскандата празеодима (PrScO3), увеличенная в 100 миллионов раз.

В 2018 году исследователи из Корнельского университета построили мощный детектор, который в сочетании с управляемым алгоритмом процессом птихографией (ptychography) установил мировой рекорд, утроив разрешение современного электронного микроскопа. Но каким бы успешным ни был этот подход, у него был один недостаток он работал только с ультратонкими образцами толщиной в несколько атомов (все, что было больше, заставило бы электроны рассеиваться таким образом, что их невозможно было бы распутать). Теперь та же команда исследователей установила новый рекорд с помощью нового мощного детектора пиксельной матрицы электронного микроскопа (EMPAD), который включает в себя еще более сложные алгоритмы 3D-реконструкции. Авторы научной работы отмечают, что разрешение настолько тонко настроено, что единственное размытие, которое остается это тепловое колебание самих атомов. Звучит сложно, не так ли? Предлагаем не бояться сложных терминов и пробуем разобраться, как новая форма электронной птихографии позволит ученым обнаруживать отдельные атомы в трех измерениях, а также к чему может привести их открытие.

Как увидеть невидимое?

Современная наука гласит, что атомы являются строительными блоками всего существующего. Но вряд ли такое объяснение устроит всех, ведь если атомы существуют, значит их можно увидеть. Но как? На первый взгляд может показаться, что существует простой способ доказать существование атомов: достаточно поместить их под микроскоп. Но такой подход не сработает. На самом деле, даже самые мощные микроскопы не могут визуализировать отдельные атомы.

Напомним, что увидеть тот или иной объект можно благодаря тому, как он отклоняет видимые световые волны. А вот атомы остаются для нас невидимыми, при этом они оказывают заметное влияние на некоторые вещи. Так, сотни лет назад, в 1785 году, голландский ученый Ян Ингенхуз изучал странное явление, в котором он не мог до конца разобраться: мельчайшие частицы угольной пыли метались по поверхности спирта в его лаборатории.

Это интересно: Почему ученые озабочены проблемой атома?

Примерно 50 лет спустя, в 1827 году, шотландский ботаник Роберт Браун описал нечто похожее, когда направил микроскоп на пыльцевые зерна. Браун заметил, что некоторые зерна выделяют крошечные частицы, которые затем удаляются от пыльцевого зерна в случайном дрожащем танце. Сначала ученый задался вопросом, действительно ли эти частицы были каким-то неизвестным организмом. Он повторил эксперимент с другими веществами, такими как каменная пыль, которая, как он знал, не была живой и снова увидел то же самое странное движение.

Специфический тип движения, который обнаружил Роберт Браун сегодня называется в его честь броуновское движение. Термин подразумевает беспорядочное движение микроскопических видимых взвешенных частиц твердого вещества в жидкости или газе, вызываемое тепловым движением частиц жидкости или газа.

Поиски объяснения продолжались до тех пор, пока Альберт Эйнштейн не предположил, что частицы пыльцевых зерен перемещались, потому что постоянно сталкивались с миллионами мельчайших молекул воды молекул, состоящих из атомов. К 1908 году наблюдения, подкрепленные расчетами, подтвердили реальность атомов. А еще через десять лет, разделяя отдельные атомы, физики начали понимать внутреннюю структуру этих мельчайших частиц.

Электронные микроскопы

Сегодня увидеть изображения отдельных атомов можно с помощью мощных электронных микроскопов, которые генерируют электронные лучи. Это возможно потому, что электронный луч может иметь длину волны в тысячи раз короче светового луча настолько короткую, что электронные волны могут быть отклонены крошечными атомами для создания изображения, а вот световые лучи сделать этого не могут.

Как отмечает в своей статье для BBC научный журналист Крис Бараньюк, такие изображения полезны для людей, которые хотят изучить атомную структуру специальных веществ например, тех, которые используются для изготовления батарей для электромобилей.

Птихография (ptychography) сканирующая техника получения изображений объектов, размеры которых значительно превышают поперечные размеры фокального пятна (электронов, рентгеновского излучения)

Как пишет Nature, ученые из Калифорнийского университета нашли способ создания потрясающе детальной 3D-реконструкции наночастиц платины в атомном масштабе.

Что же до исследования ученых из Корнельского университета, то с помощью новейшей формы электронной птихографии им удалось обнаружить отдельные атомы во всех трех измерениях. Такой способ, как объясняют авторы научной работы, может быть особенно полезен для визуализации полупроводников, катализаторов и квантовых материалов, в том числе используемых в квантовых вычислениях. Примечательно, что новый метод визуализации также можно применять к биологическим клеткам, тканям и даже к синапсным соединениям в мозге. Но как он работает?

Смена парадигмы

Итак, команда инженеров Корнельского университета разработала новый метод электронной микроскопии, мощность которого позволяет им с легкостью установить местонахождение атомов. Метод, который, согласно исследованию, опубликованному в журнале Science, опирается на электронный микроскоп в сочетании со сложными алгоритмами 3D-реконструкции установил новый рекорд в видении атомов.

Все, что мы видим вокруг себя, состоит из этих крошечных частиц.

Отмечу, что прошлые попытки представить и изучить отдельные атомы сводились к размытым изображениям. Но теперь ученые действительно могут наблюдать, как атомы дрожат и вибрируют размытость движения на новых изображениях свидетельствует о точности полученных данных, а не о технической неисправности. В официальном пресс-релизе исследования авторы отмечают, что «вибрация» и «движение» атомов происходит при конечной температуре.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram, чтобы не пропустить ничего интересного!

Хотя новый метод требует много времени и вычислительных затрат, его можно было бы сделать более эффективным с помощью более мощных компьютеров в сочетании с машинным обучением и более быстрыми детекторами. «Мы хотим применить это ко всему, что делаем», пишут авторы исследования. Ну а мы с вами будем ждать результатов , параллельно желая физикам удачи.

Подробнее..

Физики открыли новую элементарную частицу тетракварк

03.08.2021 22:02:34 | Автор: admin

Физики открыли новую элементарную частицу двойной тетракварк

Большой адронный коллайдер, как известно, машина невероятно сложная. Среди основных задач ускорителя заряженных частиц разгон протонов и тяжелых ионов и изучения продуктов их соударений. Так что когда говорят «эти колдуны-ученые дробят материю на атомы», все действительно так, за исключением, конечно, того, что ученые не колдуны. Новое исследование, результаты которого были представлены в ходе международной научной конференции по физике, подтвердило существование ранее неизвестной частицы, которая представляет собой тетракварк экзотический адрон, содержащий два кварка и два антикварка. Это самая долгоживущая частица экзотической материи, которую когда-либо открывали исследователи, и первая, содержащая два тяжелых кварка и два легких антикварка. И прежде чем вы окончательно запутаетесь, напомним, что кварки это фундаментальные строительные блоки, из которых строится материя. Объединяясь, эти субатомные частицы образуют адроны группу, включающую знакомые протоны и нейтроны (иными словами, кварки меньше, чем просто маленькие.) Протоны и нейтроны состоят из трех кварков, но недавно обнаруженная частица адрона состоит из четырех, что делает ее разновидностью тетракварка абсолютно новой частицы.

Интересно, что в последние годы был обнаружен ряд так называемых экзотических адронов частиц с четырьмя или пятью кварками вместо обычных двух или трех. Новое открытие касается особенно уникального и по-настоящему экзотического адрона.

Мир элементарных частиц

Элементарные частицы, хотя и невидимы человеческому глазу, составляют как и нас самих, так и все, что нас окружает. Говоря о кварках, важно понимать, что они отличаются друг от друга массой и зарядом. Новый тетракварк первый экзотический адрон, который ученые называют очаровательным. Причина заключается в том, что два его кварка присутствуют рядом с антикварками, а вот они не очаровательны совершенно.

Кварки можно рассматривать как кирпичики Lego, поэтому просто обнаружить новую комбинацию из четырех кварков, которые ранее не наблюдались не такой уж увлекательный процесс как может показаться. Что интересно изучать, так это ТО, КАК эти частицы объединяются понимая эти процессы мы наконец сможем узнать как кварки склеиваются между собой, сообщила Фрейя Блекман, физик из Университета Врие в Брюсселе, которая не принимала участия в исследовании. Я думаю, что это очень захватывающий результат.

Кварки это строительные блоки материи. Их изучение помогает нам лучше понять Вселенную и окружающий мир.

Итак, новая частица содержит два кварка и два антикварка злые близнецы кварка, если можно их так назвать. В последние годы было обнаружено несколько тетракварков (в том числе один с двумя кварками и двумя антикварками). Новое открытие физики выделяют особенно, так как частицы, содержащие кварк и антикварк, обладают по их словам «скрытым очарованием».

Еще больше увлекательных статей о последних открытиях в области физики частиц и не только читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Почему тетракварк особенная частица?

Экзотические частицы, подобные новому тетракварку, могут создаваться в ускорителях, таких как Большой адронный коллайдер, но появляются и исчезают они чрезвычайно быстро. Считается, что новый тетракварк существует довольно долго, прежде чем распадется. Но «долго» в данном случае невероятно короткий период времени, за который вряд ли эту частицу можно измерить в наших, уж извините, человеческих терминах.

Продолжительно жизни нового тетракварка вероятно, немного превышает одну квинтиллионную секунды, сказал Патрик Коппенбург, физик из Голландского национального института субатомной физики и член команды LHCb в ЦЕРН.

Как и многие другие кварковые состояния, новая частица была обнаружена найден физиками с использованием метода, под названием «охота за ударами». По сути, исследователи запускают ускоритель частиц и позволяют частицам сталкиваться, следя за неожиданным количеством энергии или массы в системе. Когда они получают результаты, не синхронизированные с основным шумом системы и отфильтровав все не относящиеся к делу сигналы, у физиков появляется подсказка они наткнулись на что-то новое.

Большой адронный коллайдер в ЦЕРН позволяет ученым раскрывать самые удивительные тайны Вселенной.

Кстати, именно в следствие такой охоты в 2012 году был обнаружен бозон Хиггса. Подробнее о том, что представляет собой эта элементарная частица читайте в материале моего коллеги Артема Сутягина.

Отметим также, что результаты, полученные с помощью БАК, способствуют пониманию физиками того, как взаимодействуют фундаментальные частицы. Что же до нового тетракварка (научно записанный как Tcc+), то он распадается медленно, так как лишь немногим тяжелее частиц, на которые он распадается. Предыдущие результаты LHCb позволили физикам-теоретикам предсказать в 2017 году, что подобный тетракварк, называемый Tbb, может быть полностью стабильным, что означает, что он вообще не распадется из-за сильного взаимодействия.

Это будет прорыв в физике элементарных частиц, если будет доказано открытие нового типа тетракварка с двумя тяжелыми кварками и двумя легкими антикварками»,- отметил Руй-Линь Чжу, физик-теоретик из Нанкинского нормального университета в Китае. Новое открытие яявляется абсолютным триумфом теоретических предсказаний.

Физика элементарных частиц очень увлекательная наука.

В целом, новый эксперимент подтверждает ранее полученные исследователями выводы: «теперь мы знаем, что это частицы правят адронной вселенной», отмечают физики. Более того, открытие открывает путь для поиска более тяжелых частиц того же типа, с одним или двумя кварками. Ну а новая частица очень заманчивая цель для дальнейшего изучения.

Читайте также: Что квантовая физика может рассказать о природе реальности?

Дело в том, что частицы, на которые распадается тетракварк, сравнительно легко обнаружить, и в сочетании с небольшим количеством доступной энергии при распаде это приводит к превосходной точности определения массы тетракварка и позволяет изучать квантовые числа этой увлекательной частицы. Это, в свою очередь, может обеспечить строгую проверку существующих теоретических моделей и даже потенциально может позволить исследовать ранее недостижимые эффекты. Наука, вперед!

Подробнее..

Корпускулярно-волновой дуализм подтвердили экспериментально. Что это значит?

26.08.2021 02:02:21 | Автор: admin

Перед вами первый в истории снимок света и как волны, и как частицы. Фото сделано в лаборатории Фабрицио Карбоне (Fabrizio Carbone) в Федеральной политехнической школе Лозанны

Иногда вещи, которые на первый взгляд кажутся невероятно простыми, на самом деле оказываются чуть ли не самыми сложными. Взять, к примеру, свет. Древние цивилизации испытывали больше трудностей в понимании его природы, чем в понимании вещества чего-то, к чему можно прикоснуться. Сегодня мы знаем, что свет это не только способ переноса энергии от Солнца к Земле, делающей жизнь на нашей планете возможной, но и невидимая сеть из фотонов, которая позволяет электромагнетизму работать на расстоянии. Интересно, что до конца XVII века существовало две противоположные теории света. Так, Ньютон считал, что свет состоит из крошечных частиц, которые он назвал корпускулами. Но другие ученые, включая современников английского физика, полагали, что свет состоит из волн, как рябь, движущаяся по поверхности воды. Многим позже шотландскому физику Джеймсу Клерку Максвеллу удалось объединить Ньютоновские корпускулы и волновую теорию света, создав теорию, в которой эти явления были хорошо собраны воедино.

Интересный факт
В работе 1801 года английский физик Томас Юнг описал создание двух узких пучков лучей, идущих от одного и того же источника. Опыт показал, что световые волны интерферируют друг с другом, приводя к появлению на экране темных и светлых полос. Используя пару узких щелей Юнг в конечном итоге заставил свет охватить весь листок бумаги.

Природа света

Сегодня мы знаем, что свет может вести себя как частица и как волна. Но достигнуть этого понимания было непросто. Так, к началу XIX века было известно, что волны света могут интерферировать друг с другом (то есть усиливать или ослаблять друг друга).

Если бросить в воду два камушка, в некоторых точках водной глади волны от этих камней будут одновременно подниматься, усиливая друг друга и порождая интенсивную волну. При этом в других точках они будут колебаться в противоположных направлениях и гасить друг друга. В ходе эксперимента Томас Юнг увидел на листе бумаги светлые и темные полосы это означает, что световые волны подвергались такому же процессу интерференции.

Интерференция волн. Изображение: Юлия Кузьмина для ПостНауки

Основоположником волновой теории света был Христиан Гюйгенс, развивал ее Опасен-Жен Френель, а Джеймс Клерк Максвелл описал электромагнитное поле и электромагнитное излучение в своих уравнениях, сделав возможным понимание природы света. На основе интерференции можно строить голограммы и объяснить интерференцию и дифракцию.

Однако свет можно также рассматривать как поток частиц фотонов или квантов света. В основе корпускулярной теории лежат идеи Исаака Ньютона. В ХХ веке эти положения развил Макс Планк. Интересно, что используя представление о свете как о потоке частиц, можно объяснить фотоэффект и теорию излучения. В настоящее время считается, что свет может проявлять себя и как волна и как поток частиц.

Читайте также: Расплетая радугу как тайны света привели человечество к открытию темной материи?

Корпускулярно-волновой дуализм

Итак, свет может в любой момент времени вести себя как частица или волна, однако демонстрировать одно из двух состояний одновременно он не может. Если эксперимент требовал от него свойств волны, то свет вел себя как волна и то же самое для частицы. Позже этот принцип стал известен как корпускулярно-волновой дуализм.

Эту по-настоящему странную картину в итоге удалось завершить французскому физику Луи де Бройлю в 1924 году. Если свет, который рассматривается как волна, может вести себя как поток частиц, то, возможно, частицы, например электроны, могут вести так, как если бы они были волнами.

Древние греки считали, что свет является формой огня, предполагая, что он направлялся из глаз к объектам, которые человек мог видеть.

По сути, концепция де Бройля иллюстрировала, насколько квантовая физика подрывала старые предположения, ведь составляющими веществами материи были электроны, или вещества, а фотоны образовывали невидимый свет. И тем не менее, при некоторых обстоятельствах они вели себя как волны, а при других как частицы. Как только квантовый мир ворвался в мир классической физики, прежние различия стали менее определенными.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Между тем, идея о том, что электроны могут проявлять волновые свойства, отлично вписывалась в модель атома Нобелевского лауреата Нильса Бора. В ней электрон мог занимать только определенные орбитали вокруг ядра и прыгать между орбиталями в квантовых скачках при потере или получении энергии в виде фотона. Напомню, что структура волны электрона, окружающая ядро атома, также известна под названием «орбиталь».

Квантовая революция

Основоположник современной атомной физики, Нильс Бор, пытался разрешить экзистенциальную дилемму квантовой механики. Он изобрел принцип дополнительности, согласно которому в некоторых экспериментах квантовые объекты будут локализованы и действовать как частицы, а в других различных экспериментах точно такой же квантовый объект будет распространяться и действовать как волна.

В 2018 году исследователи из Университета Рочестера в статье, опубликованной в научном журнале Optica, сообщили, что разрешили эту странную и неизбежную корпускулярно-волновую двойственность, обнаружив тесную связь между двойственностью и другой столь же странной особенностью квантовой механики, а именно квантовой запутанностью. Подробнее о том, что представляет собой это удивительное явление, я рассказывала в этой статье.

Ведущий автор исследования Сяофэн Цянь и его коллеги пришли к выводу, что каждая из особенностей квантовой странности запутанность и двойственность точно контролирует другую.

Запутанность это квантово-механическое поведение двух частиц, в котором ни одна из них не может быть описана отдельно, независимо от описания другой, даже если частицы разделены огромным расстоянием. Это то же самое свойство, которое нобелевский лауреат по физике Эрвин Шредингер использовал для объяснения своего знаменитого мысленного эксперимента с участием кошки, счетчика Гейгера и небольшого количества яда в запечатанной коробке.

Совсем недавно запутанность стала важным элементом в продолжающемся развитии квантовых вычислений и квантовой информатики.

Новое открытие вытекает из открытия о двойственности, сделанного Уильямом Вуттерсом и Войцеком Зуреком, двумя аспирантами-физиками Техасского университета в Остине, когда они размышляли о знаменитом эксперименте по оптике, проведенном Томасом Юнгом. В 1979 году Вуттерс и Зурек предсказали, что в одном и том же эксперименте можно измерить как волнообразное рассеяние, так и частичную локализацию света, но сумма измеренных величин не может быть больше.

Исследователи из Рочестера, однако, отмечают, что эксперимент с двумя щелями Юнга также может привести к тому, что обе меры будут равны нулю, что противоречит принципу дополнительности Бора. Согласно общепринятой интерпретации, это означает, что ни частицы, ни волны нет, но свет все еще можно обнаружить, говорит Цянь.

Это исследование мало назвать революционным результатом является первое полное описание взаимодополняемости недостающей части головоломки квантовой запутанности. Описывая способ учета запутанности, наряду с наличием волн и частиц, работа исследователей из Рочестера означает, что каждый эксперимент Юнга, связанный с двойственностью, даст измеренную сумму с точным значением, которая удовлетворяет условиям, изложенным Бором более девяти десятилетий назад.

Вам будет интересно: Что квантовая физика может рассказать о природе реальности?

Новые особенности

Но вернемся к корпускулярно-волновому дуализму. Для количественной проверки его фундаментального принципа и взаимодополняемости необходима квантовая составная система, которой можно управлять с помощью экспериментальных параметров. После того, как Нильс Бор ввел концепцию «взаимодополняемости» в 1928 году, лишь несколько идей были проверены экспериментально.

Таким образом, концепция дополнительности и корпускулярно-волнового дуализма все еще остается неуловимой и еще не полностью подтверждена экспериментально.

Но эта проблема, как и любая другая, имеет решение. Так, исследовательская группа из Института фундаментальных наук (IBS, Южная Корея) воспользовалась результатами опытов в «схеме однофотонной интерферометрии с частотной гребенкой» (оптическая схема, которую физики использовали для демонстрации однофотонной интерферометрии с частотной гребенкой, для проверки предсказанных ранее соотношения дополнительности).

Новое, разработанное исследователями устройство двухлучевой интерферометр генерирует фотоны когерентного сигнала (кванты), которые используются для измерения квантовых помех. Затем кванты проходят по двум отдельным путям, прежде чем достичь детектора.

Сопряженные холостые фотоны используются для получения информации о пути частиц с контролируемой точностью, что позволяет количественно оценивать комплементарность, пишет портал Phys.org со ссылкой на исследование.

Схема эксперимента. PPLN1 и PPLN2 это СПР кристаллы, BS1, BS2 и BS3 светоделители, DA и DB детекторы холостой моды. PD фотодетектор, фиксирующий квантовую интерференцию между сигнальными фотонами.
T. H. Yoon / Science Advances, 2021; Перевод N+1

Физики также отмечают, что данные, полученные ими на этой установке ранее, могут быть использованы для исследования связи предсказуемости, видимости и квантовой запутанности. В ходе эксперимента им удалось управлять числом фотонов в «холостых модах» с помощью маломощного лазера и, следовательно, чистотой состояний сигнальных фотонов. Полученные результаты продемонстрировали, что экспериментальные данные довольно точно описываются выведенными соотношениями.

Интересный факт
Как пишет в своей книге "Физика для каждого образованного человека" Спектор Анна Артуровна, фотоэлементы сделали возможным звуковое кино. На кинопленку стали наносить звуковую дорожку прозрачные окошки различной площади. Свет через них достигал фотоэлемента, затем преобразовывался в электрический сигнал и подавался на громкоговоритель.

В целом, из всего вышеописанного можно сделать вывод, к которому в свое время пришел один из выдающихся исследователей ХХ века, физик Ричард Фейнман. «Решение загадки квантовой механики заключается в понимании эксперимента с двумя щелями», писал он.

Все потому, что результаты нового исследования, вероятно, будут иметь фундаментальные последствия для лучшего понимания принципа дополнительности и количественного соотношения двойственности волны и частицы. Вообщем, фундаментальные силы природы, кажется, все больше поддаются изучению.

Подробнее..

Гайд по теории Мультивселенной существуют ли другие миры?

28.08.2021 00:16:18 | Автор: admin

Наш мир намного больше и сложнее, чем мы можем себе представить. Но шанс разгадать фундаментальные тайны Вселенной у нас есть.

Физическая реальность может быть гораздо более обширной, чем просто участок пространства времени, который мы называем Вселенной. Наша космическая среда может быть сконструирована в невероятных масштабах, при этом наши астрономические инструменты невероятно ограничены. Мы, подобно муравьям, не знаем о том, насколько огромен мир вне муравейника. Так что некоторые физики-теоретики всерьез рассматривают теорию Мультивселенной, согласно которой наш мир лишь один из многих. Более того, применяя квантовую теорию к Вселенной, мы вынуждены признать, что она существует одновременно во многих состояниях. Иными словами, допустив применение квантовых флуктуаций к Вселенной, мы практически вынуждены признать существование параллельных миров. Интересно и то, что сочетание теории струн и «вечного» варианта инфляционной космологии (речь об инфляционной модели Вселенной) обеспечивает естественную основу для так называемой «ландшафтной Мультивселенной».

Теория Мультивселенной: Инфляция

Начнем с того, что концепция мультивселенной возникает сразу в нескольких областях физики (и философии), но наиболее ярким примером является теория инфляции, которая описывает гипотетическое событие, которое произошло, когда наша Вселенная была очень молодой менее секунды от роду. По данным NASA, за невероятно короткий промежуток времени Вселенная пережила период быстрого расширения, «раздуваясь», становясь все больше и больше.

Считается, что инфляция нашей Вселенной закончилась около 14 миллиардов лет назад. Однако инфляция не заканчивается везде одновременно. Исследователи считают, что, возможно, по мере того, как инфляция заканчивается в одном регионе, она продолжается в других.

Таким образом, в то время как инфляция закончилась в нашей Вселенной, могли существовать другие, гораздо более отдаленные регионы, где инфляция продолжалась и продолжается прямо сейчас. Более того, отдельные вселенные, как пишет LiveScience, могут «отщипывать» более крупные раздувающиеся, расширяющиеся вселенные, создавая бесконечное море вечной инфляции, заполненное многочисленными индивидуальными вселенными.

Инфляционная модель Вселенной.

В этом сценарии вечной инфляции каждая вселенная возникла бы со своими собственными законами физики, своей собственной коллекцией частиц, своим собственным расположением сил и своими собственными значениями фундаментальных констант, считают исследователи.

Это может объяснить, почему наша Вселенная обладает теми свойствами, какими обладает и в особенности теми, которые трудно объяснить с помощью таких концепций как темная материя или космологическая постоянная. «Если бы существовала мультивселенная, то у нас были бы случайные космологические константы в разных вселенных, и это просто совпадение, что та, которая есть у нас в нашей Вселенной, принимает значение, которое мы наблюдаем», считает Дэн Хелинг, космолог из Университета Аризоны и эксперт в области теории Мультивселенной.

Больше по теме: Почему физики считают, что мы живем в Мультивселенной?

Теория Мультивселенной: Наблюдения и доказательства

Интересно, что еще одним свидетельством существования мультверса являются наблюдения в нашей Вселенной должно было произойти так много всего, что существование жизни кажется невероятным. И если бы существовала только одна Вселенная, в ней, скорее всего, не должно было бы быть жизни. Но в мультивселенной вероятность существования жизни намного выше. Но эту теорию вряд ли можно назвать убедительной, поэтому большинство ученых по-прежнему скептически относятся к идее мультивселенной.

И тем не менее многие пытались найти более физические, убедительные доказательства ее существования. Например, если соседняя вселенная давным-давно оказалась рядом с нашей, она, возможно, столкнулась с ней, оставив заметный отпечаток.

Реликтовое излучение может хранить «отпечатки» других вселенных.

Этот отпечаток может быть в форме искажений космического микроволнового фонового излучения или реликтового излучения (света, оставшегося с тех времен, когда Вселенная была в миллион раз меньше, чем сегодня) или в странных свойствах галактик в направлении столкновения, согласно работе, опубликованной исследователями Университетского колледжа Лондона.

Вам будет интересно: Если существуют другие вселенные, то сталкиваются ли они с нашей?

Некоторые астрофизики пошли еще дальше, ища особые виды черных дыр, которые могли бы быть артефактами частей нашей Вселенной, отделившимися в свою собственную вселенную с помощью процесса под названием квантовое туннелирование.

Если бы некоторые области нашей Вселенной разделились таким образом, то оставили бы после себя «пузыри» в нашей Вселенной, которые превратились бы в эти уникальные черные дыры, которые, по словам исследователей, «могут существовать и сегодня».

«Потенциальное обнаружение этих черных дыр может затем указать на существование мультивселенной», считают физики-теоретики. Однако все эти типы поисков пока ни к чему не привели, так что на сегодняшний день Мультивселенная остается гипотетической.

Теория Мультивселенной: Реликтовое излучение

В 1964 году физики Арно Пензиас и Роберт Уилсон работали в лаборатории Bell в Холмделе, штат Нью-Джерси, создавая сверхчувствительные микроволновые приемники для радиоастрономических наблюдений. Но что бы они делали, избавить приемники от фонового радиошума, который, как ни странно, казалось, шел со всех сторон одновременно, у них не получалось.

Пензиас связался с физиком из Принстонского университета Робертом Дике, который предположил, что радиошум может быть космическим микроволновым фоновым излучением (CMB), которое является первичным микроволновым излучением, заполняющим Вселенную.

Если другие вселенные и правда существуют, они могли оставить «отпечаток» в реликтовом излучении, равномерно заполняющем Вселенную.

Это история открытия реликтового излучения, простая и элегантная. За свое открытие Пензиас и Уилсон получили Нобелевскую премию по физике в 1978 году, и не без оснований. Их работа открыла новую эру космологии, позволив ученым изучать и понимать Вселенную как никогда прежде.

Еще больше интересных статей о последних открытиях в области астрофизики и космологии читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Интересно, что работа физиков также привела к одному из самых удивительных открытий в новейшей истории: уникальные особенности реликтового излучения могут стать первым прямым доказательством того, что бесконечное множество миров за пределами известной Вселенной действительно существует. Однако, чтобы правильно понять это необычное утверждение, необходимо совершить путешествие к началу времен.

Теория Мультивселенной: Большой взрыв

Согласно общепринятой теории происхождения Вселенной, в течение первых нескольких сотен тысяч лет после Большого взрыва наша Вселенная была заполнена невероятно горячей плазмой, состоящей из ядер, электронов и фотонов, которые рассеивали свет.

Примерно к 380 000 годам продолжающееся расширение нашей Вселенной привело к ее охлаждению до температуры ниже 3000 градусов Кельвина, что позволило электронам объединяться с ядрами с образованием нейтральных атомов, а поглощение свободных электронов позволило свету освещать темноту.

Доказательством этого в виде ранее упомянутого реликтового излучения является то, что обнаружили Пензиас и Уилсон. Их открытие, в конечном итоге, помогло установлению теории Большого Взрыва.

У Вселенной, как мы знаем сегодня, было начало.

Читайте также: Что произошло в первые микросекунды после Большого взрыва?

На протяжении многих эпох продолжающееся расширение охлаждало нашу Вселенную до температуры всего около 2,7К, но эта температура неравномерна. Различия в температуре возникают из-за того, что материя неравномерно распределена по всей Вселенной. Считается, что это вызвано крошечными флуктуациями квантовой плотности, которые произошли сразу после Большого взрыва.

В 2017 году, исследователи из Даремского университета Великобритании опубликовали работу, результаты которой предполагают, что «отпечатки» в реликтовом излучении (так называемые холодные пятна) могут быть свидетельством существования других миров. Авторы предположили, что пятна в микроволновом фоновом излучении появились в результате столкновения между нашей вселенной и другой.

В целом, пятна в реликтовом излучении можно считать первым доказательством существования мультивселенной миллиардов других вселенных, похожих на нашу собственную, пишут исследователи.

Теория Мультивселенной: Темная материя

Еще одним доказательством в копилку теории Мультивселенной добавляет новое, крайне интересное исследование. Его результаты, как пишет Vice, предполагают, что черные дыры, образованные из свернутых вселенных, порождают темную материю, а наша собственная Вселенная может выглядеть как черная дыра для посторонних.

Одни из самых таинственных объектов во Вселенной, черные дыры, могут являться источником темной материи.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Так вы точно не пропустите ничего интересного!

Отмечу, что темная материя невидимая субстанция, на долю которой приходится большая часть массы Вселенной хотя и не излучает обнаруживаемый свет, все же существует, так как оказывает гравитационное воздействие на скопления галактик и другие излучающие объекты в космосе.

Для объяснения темной материи был предложен ошеломляющий спектр гипотез, но теперь ученые предположили, что первичные черные дыры гипотетические объекты, которые относятся к периоду зарождения Вселенной, «являются жизнеспособным кандидатом на темную материю». К такому выводу пришла международная команда исследователей из США, Японии и Тайваня, в работе, опубликованной в научном журнале Physical Review Letters в январе этого года.

Подробнее о том, могут ли первичные черные дыры являться источником темной материи и почему представляют такой интерес для ученых, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению!

И все же, на данный момент все эти концепции являются умозрительными, хотя физики ожидают, что новые способы наблюдения с помощью сложных телескопов в ближайшие годы помогут ответить на многие вопросы.

Теория Мультивселенной: И снова инфляция

Знаменитый британский физик-теоретик Стивен Хокинг умер 14 марта 2018 года, проведя десятилетия прикованным к инвалидному креслу и зависящим от синтезатора речи из-за страданий, вызванных боковым амиотрофическом склерозом. Последняя исследовательская работа ученая, опубликованная всего за 10 дней до его смерти, была написана вместе с профессором теоретической физики Томасом Хертогом и касалась мультивселенной.

Кто знает, в каком из бесчисленного множества миров живем мы?

В статье, озаглавленной «Плавный выход из вечной инфляции?» Хокинг и Хертог предположили, что быстрое расширение пространства-времени после Большого взрыва могло происходить неоднократно, создавая множество вселенных.

Их работа, по сути, является расширением Теории инфляции, предполагающей, что до Большого взрыва Вселенная была наполнена энергией, которая была частью самого пространства, и эта энергия заставляла пространство расширяться с экспоненциальной скоростью. Именно эта энергия породила Большой взрыв и именно об этом мы с вами говорили ранее.

Это интересно: Узнаем ли мы когда-нибудь как появилась Вселенная?

Однако, поскольку инфляция, как и все остальное, носит квантовый характер, это означает, что во Вселенной должны быть области пространства, в которых инфляция заканчивается и начинается Большой взрыв. Вот только эти области никогда не смогут столкнуться друг с другом, поскольку они разделены областями раздувающегося пространства.

Теория Мультивселенной: Критика и выводы

В завершении следует сказать, что когда кто-то говорит о теории мультивселенной, это может звучать и дерзко и смиренно одновременно. Но у многих физиков совершенно иная реакция: по их мнению, идея мультивселенной ненаучна и, возможно, даже «опасна» тем, что может привести к неверно направленным научным усилиям.

Так, Пол Стейнхардт, профессор естественных наук в Принстонском университете, назвал теорию Мультивселенной «Теорией чего угодно», так как она совместима с произвольными наблюдениями и, следовательно, не имеет какого-либо эмпирического уклона.

Сегодня современная наука пока не может ни доказать, ни опровергнуть существование Мультивселенной.

Так или иначе, несмотря на критику теории множественности миров, данные научных исследований (о некоторых из которых рассказано в этой статье) позволяют выдвигать даже такие, кажущиеся на первый взгляд, безумными теории. В конце концов, возвращаясь к аналогии с муравейником, что мы знаем о мире, в котором живем?

А как вы думаете, существует ли Мультивселенная или усилия физиков направлены не в то русло? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье!

Подробнее..

Создан новый тип металла, в котором электроны ведут себя как жидкость

12.09.2021 22:01:38 | Автор: admin

В ходе нового исследования физики использовали новый материал толщиной с атом и инновационную новую систему визуализации, чтобы показать, что электроны могут вести себя как вода. Интересно, что гидродинамика электронов то есть то, как они движутся долгое время была в некотором роде научной загадкой, поскольку субатомные частицы летают быстрее, чем может наблюдать человеческий глаз.

Наш мир устроен сложнее, чем может показаться на первый взгляд. И хотя все мы любим простые ответы на сложные вопросы, они редко оказываются верными. Так, в начале XIX века английский химик Джон Дальтон, разработал новую теорию атома, которая хоть и не объясняла все наблюдаемые явления, но предваряла новые возможности в понимании того, как объединяются атомы и образуются химические вещества. Интересно, что до Дальтона в научных кругах преобладала идея о маленьких неделимых частицах, предложенная еще Демокритом и Левкипом, однако атом долгое время не представлял интереса для науки. И хотя Дальтон не сомневался, что атомы неделимы, наблюдалось нечто, казавшееся легче них самих. В те годы физики выдвинули предположение, согласно которому электрический заряд состоял из некоторых электрических атомов и аналогов, а в 1894 году ирландский физик Джордж Стони предложил называть «атом электричества» электроном. С тех пор утекло много воды, причем даже больше, чем можно было бы ожидать. Недавно исследователи из Бостонского университета создали новый образец металла, в котором движение электронов протекает так же, как вода течет по трубе. Новое открытие потенциально может привести к созданию нового типа электронного устройства.

Что такое электрон?

На самом деле ответить на вопрос о том, что представляет электрон не так уж и просто. Чтобы понять, как ученые пришли к выводу о его существовании, ненадолго обратимся к истории.

После того, как Стони озвучил термин «электрон», другие ученые работали над катодными лучами пучками, испускаемыми заряженными пластинами внутри стеклянных трубок, в которых практически не было воздуха. Со временем британский физик Уильям Крукс обнаружил, что эти пучки состоят из отрицательно заряженного вещества.

Научный прорыв состоялся в 1897 году, когда другой британский физик Дж. Дж. Томсон установил, что катодные лучи ни что иное, как поток отдельных частиц с одинаковыми массами и зарядами. Имея массу, составляющую примерно 1/1000 массы атома водорода, они казались крохотными.

И несмотря на то, что физики не до конца понимали, что эти странные субатомы собой представляли, термин «электрон» вошел во всеобщее употребление, а сам электрон позиционировался как носитель заряда. При этом вплоть до 1905 года научное сообщество полагало, что никаких атомов нет, однако в модели атома, выведенной из открытий Резерфорда, было кое-что привлекательное.

В классическом эксперименте с катодными лучами пучок направлен на широкий конец трубки (слева на рисунке), за исключением тех участков, для которых лучи блокируются металлическим крестом.

В самом сердце атома находилось тяжелое, положительно заряженное ядро, вокруг которого обращались крохотные электроны. Можно было подумать, что атом это наша Солнечная система в миниатюре, где в качестве Солнца выступает ядро, а электроны в качестве планет.

Интересуетесь наукой и хотите всегда быть в курсе последних научных открытий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Но несмотря на всю красоту этой модели, сегодня физики не рассматривают ее в качестве модели атома всерьез. Дело в том, что все, что движется по орбите ускоряется, а электрон, движущийся с ускорением, теряет энергию в форме света. Конец этой «путанице» с электроном, как известно, положил молодой физик Нильс Бор. Подробнее о работе выдающегося ученого и не только читайте в этой статье.

«Текучесть» электрона

Итак, сегодня под электроном ученые понимают стабильную отрицательно заряженную элементарную частицу. Она считается фундаментальной и является одной из основных структурных единиц вещества. Следует также отметить, что все электроны одинаковы, вне зависимости от того в состав какого атома они входят.

К основным свойствам электронов относят образование электронных оболочкек атомов. Движение электронов способствует возникновению электрического тока во многих проводниках. При ускорении электроны создают рентгеновское излучение, а также позволяют физикам изучать строение атомных ядер.

Но, как оказалось, электроны умеют кое-что еще. В новом исследовании, опубликованном в научном журнале Nature Communications, ученые сообщили об открытии нового типа металла, в котором электроны двигают текучим образом как вода вода в трубе путем взаимодействия с квазичастицами, под названием фононы.

Считается, что фононы возникают в результате колебаний в кристаллической структуре. Но это, мягко говоря, не совсем обычно в металлах электроны действуют как отдельные частицы то есть не набирают импульс, как группа.

Композит из ниобия и германия (NbGe2) небольших кристаллов нового материала, прикреплен к устройству для исследования поведения новой электронно-фононной жидкости. Вставка показывает расположение атомов материала.

Столь необычное поведение электронов, как оказалось, вызывает металлический сверхпроводник, который представляет собой синтез ниобия и германия, называемый дитетрелидом NbGe2 (рисунок выше). И хотя считается, что электроны «протекают» через материалы, обычно они не движутся по проводникам, как жидкость, а скорее, больше похожи на газ, отскакивая от примесей и дефектов в проводнике.

Читайте также: Корпускулярно-волновой дуализм подтвердили экспериментально. Что это значит?

К чему может привести новое открытие?

Ученые и раньше подозревали, что гидродинамический поток электронов, подобный жидкости, возможен, поэтому исследователи из Института Вейцмана решили проверить это с помощью уникальной методики изображения электронов, протекающих аналогично воде, текущей по трубе. Их успех является первым случаем визуализации «потока жидких электронов», что может привести к разработке новых электронных устройств.

Для наблюдения физики использовали графен наноматериал, разработанный в Манчестерском университете, толщиной в один атом углерода, который можно содержать в исключительной чистоте.

Графен революционный материал 21 столетия. Это самый прочный, самый легкий и электропроводящий вариант углеродного соединения.

Читайте также: Новый электронный микроскоп позволяет увидеть атомы живых клеток

Профессор Шахал Илани и команда кафедры физики конденсированных сред Института затем визуализировали поток электронов с помощью наноразмерного детектора, построенного из транзистора из углеродных нанотрубок, который может отображать свойства протекающих электронов с беспрецедентной чувствительностью.

Наша техника, по крайней мере, в 1000 раз чувствительнее альтернативных методов; это позволяет нам отображать явления, которые ранее можно было изучать только косвенно, сказал доктор Джозеф Сульпицио из команды Вейцмана.

Команда создала наноразмерные «каналы», предназначенные для направления текущих электронов, и увидела отличительную черту гидродинамического потока: точно так же, как вода в трубе, электроны в графене текли быстрее в центре каналов и замедлялись у стен.

Электричество это, по сути, обмен электронами в потоке, называемом током, через проводящую среду, поэтому движение электронов представляет большой интерес для технологических фирм, учитывая растущую зависимость общества от электричества.

Знание того, что электроны могут имитировать структуру обычной жидкости, теперь может повлиять на конструкцию электронных устройств, в том числе тех, которые требуют меньшего энергопотребления.

Следующий шаг, как отмечают исследователи, заключается в поиске других материалов в этой гидродинамической области с помощью электрон-фононных взаимодействий. Команда физиков также занимается контролем электронных гидродинамических жидкостей в таких материалах и разработкой новых электронных устройств. Так что будущее как электрона, так и наше с вами вероятно, будет полно удивительных открытий. Ждем с нетерпением.

Подробнее..

Наши радиосигналы могут услышать обитатели 75 звездных систем

23.09.2021 00:20:13 | Автор: admin

Перед вами список землеподобных планет, которые находятся в зоне обитаемости своих звезд. Недавно астрономы пришли к выводу, что наши радиосигналы достигли 75 звездных систем. Так что вполне возможно, нас кто-то слышит

Одним из моих любимых мультипликационных персонажей является Люррр правитель планеты Омикрон Персей 8 из уже культовой Футурамы. И хотя выглядит он не самым привлекательным образом, его супруга явно находит его симпатичным. Но речь не об этом, в конце концов мы с вами собрались не обсуждать внешность вымышленных инопланетных персонажей (хотя тема довольно занятная). Люррр в этой истории интересен тем, что больше всего на свете любитсмотреть земные телесериалы. Но так как Омикрон Персей 8 находится от Земли на расстоянии 1000 световых лет, телесигнал достиг их планеты когда земляне дружно отпраздновали трехтысячный год. Любимым же шоу инопланетного правителя оказался сериал 1990-х «Одинокая женщина адвокат» (у нее, кстати, самая короткая юбка в мире), но вещание передачи было прервано из-за пролитого на пульты управления пива. Что и послужило причиной вторжения омикронцев на нашу планету в 3000 году. Классный сюжет, правда? Но если говорить серьезно, то может ли нечто хотя бы отдаленно похожее на сюжет Футурамы произойти на самом деле? Ведь наша планета и правда вещает в открытый космос, причем уже более ста лет. К тому же, результаты нового исследования показали, что наши радиосигналы достигли 75 звездных систем. И кто знает какие телешоу могут понравится тамошним обитателям.

Нас кто-нибудь слышит?

Оглушительная космическая тишина наряду с расстояниями, представить которые мы не в силах, могут заставить любого мечтателя загрустить. Но новейшие открытия, сделанные с помощью мощнейших инструментов, напротив, воодушевляют. Ведь даже если нас и другую разумную цивилизацию разделяют сотни и миллионы световых лет, мы по-прежнему можем общаться. И для этого общения нет необходимости знать друг друга в лицо.

Если в наблюдаемой Вселенной есть или когда-то существовала разумная жизнь, она наверняка оставила что-то после себя, как это сделали мы, запустив в 1977 году космические аппараты «Вояджер» и «Пионер». Прямо сейчас они рассекают межзвездное пространство, являясь единственным материальным свидетельством того, что мы существуем. Или существовали в зависимости от того, кто и когда найдет наше послание.

Пластинки Вояджеров несут на себе не только научную информацию о человеческой цивилизации, но и нашу музыку, изображения и приветствия на 55 языках.

Больше по теме: В поисках межзвездных памятников или что останется после нас?

Но даже если никто никогда не обнаружит пластинки Вояджеров и Пионеров (или обнаружит, но не сможет расшифровать), они не единственное, что может рассказать обитателям иных миров о нашей цивилизации. Помните еще одно послание, которое астрономы отправили из ныне не существующей обсерватории Аресибо? Построенный в 1963 году, телескоп Аресибо использовался для исследований в области радиоастрономии, физики атмосферы и радиолокационных наблюдений объектов Солнечной системы.

Напомним, что радиосигнал был отправлен 16 ноября 1974 года в направлении шарового звездного скопления в созвездии Геркулеса M13 (Messier 13), что расположилось на расстоянии 25000 световых лет от Земли. И, как, вероятно, уже догадались наши постоянные читатели, авторами зашифрованного послания стали астрономы Фрэнк Дрейк и Карл Саган.

Радиосигнал длился 169 секунд, а длина волны составила 12,6 см. Послание Аресибо состоит из 1679 цифр и начинается с перечисления чисел от одного до десяти в двоичной системе. Сразу после следуют числа протонов в атомах азота, углерода, водорода, кислорода и фосфора основных элементов углеродной жизни. Третья часть послания описывает строительные блоки ДНК нуклеотиды, а четвертая часть спираль ДНК.

Мы отправили в космос множество сигналов и кто-нибудь, возможно, нас услышал.

Так что если в звездном скоплении М13 есть разумная жизнь, они уже очень скоро узнают о нашем существовании. Необходимо, однако, отметить, что сегодня М13 не находится в том же месте, что и в 1974 году, из-за орбиты скопления вокруг центра Млечного Пути. Но так как собственное движение М13 невелико, сообщение должно благополучно достигнуть адресата.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Читайте нас на платформе Пульс от Mail.ru, чтобы не пропустить ничего интересного!

В каких звездных системах нас услышат?

Астрономы уже давно пытаются понять насколько далеко распространяются наши радиосигналы как те, что мы отправляем намеренно в направлении определенных созвездий, так и те, что транслируются по радио и телевидению. Недавно астрономы из Корнельского университета вычислили размер сферы, которую наши радиосигналы охватили с тех пор, как покинули Землю, а также сосчитали звезды, которые находятся внутри нее. Полученные результаты показали, что потенциальные обитатели далеких миров должны быть в состоянии видеть Землю, проходящую мимо Солнца.

Более того, авторы научной работы, опубликованной на сервере препринтов airxiv (а значит не прошедшей экспертную оценку), составили новую 3D-карту галактики, на которой показаны звезды, которых достигли наши радиосигналы и которые могут в ответ видеть и слышать нас.

Вряд ли столько пространства пропадает впустую вы только посмотрите, сколько созвездий!

Читайте также: Потеря для науки разрушен телескоп, с помощью которого ученые искали инопланетян

Новая звездная карта

Как отмечают авторы нового исследования, их работа стала возможной благодаря каталогу Gaia новой 3D-карте нашей галактики, показывающей расстояние и движение более 100 миллионов звезд. Данные получены с космического аппарата Gaia Европейского космического агентства, который был запущен в 2013 году и отображает положение и движение около 1 миллиарда астрономических объектов.

Полученная карта дает астрономам совершенно новый способ изучения нашей галактической среды. Поскольку Gaia измеряет, как звезды движутся относительно друг друга, исследователи могут определить, как долго мы были видны их обитателям. По мнению астрономов, 75 звездных систем, которые могут видеть нас или скоро увидят, находятся в пределах сферы в 100 световых лет. Астрономы уже наблюдали экзопланеты, вращающиеся вокруг четырех из них.

Карта распространения радиоволн исходящих от Земли

Эти системы, как правило, хорошо изучены. Так, звездная система Ross128 является 13-й по близости к Солнцу и второй по близости с транзитной экзопланетой размером с Землю. А еще есть звездная система Траппист-1 с семью планетами размером с Землю, четыре из которых четыре расположились в обитаемой зоне. Ну а пока вы читаете эту статью, наши сигналы продолжают бороздить близлежащий космос.

Это интересно: Стоит ли искать инопланетную жизнь?

Как пишет издание Discover Magazine, авторы нового исследования также выбирают звездные системы, которые будут принимать наши сигналы в ближайшие 200 лет или около того, и также смогут нас видеть. «По меньшей мере 1715 звезд в пределах 326 световых лет находятся в правильном положении, чтобы обнаружить жизнь на транзитной Земле со времен ранней человеческой цивилизации, и еще 319 звезд войдут в эту особую точку обзора в ближайшие 5000 лет», отмечают астрономы.

Скалистые экзопланеты

Согласно имеющимся данным, по крайней мере у 25 процентов звезд имеются скалистые экзопланеты. Таким образом, в этой популяции должно быть по крайней мере 508 скалистых планет с хорошим видом на Землю. «Ограничение выбора расстоянием, пройденным радиоволнами от Земли — около 100 световых лет-приводит к примерно 29 потенциально обитаемым мирам, которые могли видеть прохождение Земли, а также обнаруживать радиоволны с нашей планеты», пишут авторы нового исследования.

Конечно, возможность существования жизни в этих мирах совершенно неизвестна. Но следующее поколение космических телескопов должно позволить астрономам изучить эти миры более подробно, определить состав их атмосферы и, возможно, увидеть континенты и океаны.

Правитель планеты Омикрон Персей 8 за своим любимым занятием.

Не пропустите: NASA отправило в космос карту, по которой инопланетяне смогут найти путь к Земле

А вот для аналогично оснащенных инопланетных глаз Земля уже давно выглядит интересной мишенью. Жизнь впервые появилась здесь около 4 миллиардов лет назад, в конечном итоге придав нашей атмосфере богатое содержание кислорода и других биомаркеров, таких как метан. Если инопланетные астрономы обнаружат подобные условия в других местах, это вызовет у них интерес. А еще может быть так, что кто-то прямо как Люррр из «Футурамы» каждый вечер слушает Bohemian Rapsody или бесчисленные радиопередачи, что нарушают молчание бескрайнего космоса.

Подробнее..

Категории

Последние комментарии

© 2006-2021, umnikizdes.ru