Dešimt didžiausių 2017 m. Įvykių fizikoje ir astronomijoje

Dešimt didžiausių 2017 m. Įvykių fizikoje ir astronomijoje

Aleksejus Ponyatovas,
Kandidatas fizikinių ir matematinių mokslų
"Mokslas ir gyvenimas" №1, 2018

Gravitacinės bangos nuo neutronų žvaigždžių sujungimo

Neutronų žvaigždžių susidūrimas. Iliustracija: NSF / LIGO / Sonomos valstybinis universitetas / A. Simonnet

Svarbiausias 2017 m. Atradimas buvo pirmasis gravitacinių bangų įregistravimo istorijoje, susijungus iš dviejų neutronų žvaigždžių. Pirmą kartą astronomai sugebėjo tuo pat metu sureguliuoti gatvių spindulių spindulių, susidariusių susijungimo metu, tada surasti ir ištirti vietą, kur įvyko kosminis katastrofa – 100 milijonų šviesos metų nuo Žemės.

Gravitacines bangas rugpjūčio 17 d. Aptiko LIGO (JAV) gravitacinių bangų detektoriai ir Mergelė (Prancūzija, Italija), o po poros sekundžių integrali (ESA) ir Fermi (NASA) kosminės observatorijos užfiksavo trumpus gama spindulių spindulius. Žemės ir kosmoso observatorijos buvo susietos su signalo šaltinio paieška, o po kelių dešimčių dienų jie sekė palaipsniui mirusį "sprogimo" likučius. Rusijos mokslininkai iš IKI RAN, GAISH Maskvos valstybinis universitetas ir FTI vardu A. F. Joffe.

Šis atradimas yra susijęs su keliomis astrofizikos problemomis. Visų pirma, klausimas apie galingų gama spindulių sprogo atsiradimą, kuris per milijardus metų išskiria energiją daugiau nei Saulė.

Astrofizikai ilgą laiką manė, kad sprogo šaltinis gali būti dviejų neutronų žvaigždžių sujungimas, bet dabar jie gavo eksperimentinius įrodymus apie išvystytos teorijos pagrįstumą. Dėl žvaigždžių susidūrimo kartu su gama spinduliuotės spinduliu, dalis žvaigždinės medžiagos išmeta dideliu greičiu į aplinkinę erdvę. Šis 2013 m. Aptinkamas reiškinys gavo kilono pavadinimą. Tada radioaktyvūs elementai iš susidariusio debesies suskaidomi į stabilius, generuojantys spinduliuotę. Astronomai atrado daugybę sunkių debesies elementų, tokių kaip auksas ir platina, todėl mes galime suvokti, kad žvaigždžių suliejimai yra tikros galaktikos sunkiųjų elementų gamyklos, kurios jaunoje visatoje nebuvo.

53 kubetinis kvantinis kompiuteris

Kvantiniai kompiuteriai, su kuriais susiję aukšti lūkesčiai, dar nebuvo sukurti, tačiau 2017 m. Buvo imtasi svarbių žingsnių, kad ši idėja taptų gyvybinga. Kvantiniai skaičiavimo įrenginiai veikia su kubitais – objektais, kurie saugo mažiausią informacijos dalį – bitų analogus įprastame kompiuteryje. Kubito skaičius nustato kvantinio kompiuterio galimybes.

Lapkritį žurnale Gamta paskelbti straipsniai apie kvantinių sistemų modeliavimą, naudojant 51 ir 53 kubetų kvantinius kompiuterius. Prieš tai tokie universalieji prietaisai buvo apriboti iki 20 kubitų. Kubitų skaičiaus padidėjimas 2,5 kartus padidino skaičiuoklių galimybes daug kartų. 51 kbitų kvantinis kompiuteris buvo sukurtas vadovaujant Michailui Lukinui, dirbančiam Rusijos Kvantinė centre ir Harvardo universitete. Liepos 28 d. Toks prietaisas buvo pristatytas Tarptautinėje konferencijoje "Kvantinės technologijos" Maskvoje.

Stabilus metalinis vandenilis

Sausio mėn. Harvardo fizikai pranešė, kad pirmą kartą istorijoje jie gavo nedidelį stabilaus metalo vandenilio kiekį. Ėminys turėjo matmenis 1,5 × 10 μm. Teoriškai metalo vandenilio buvimas dideliu slėgiu buvo numatytas 1935 m. Gamtoje tokios sąlygos realizuojamos žvaigždžių ir milžiniškų planetų gelmėse. Nuo 1996 m. Jis buvo suspaustas keletą kartų šoko suspaudimu, bet vandenilis egzistuoja tokioje būklėje labai trumpam laikui.

Norint pagaminti stabilų metalinį vandenilį, Harvardo komanda panaudojo įrengimą, kuriame deimantinės sąnaros sukūrė 495 gigapaskalų spaudimą, kuris yra apie penkis milijonus kartų didesnis už įprastą atmosferos slėgį.

Be grynai mokslin ÷ s vert ÷ s, ši egzotin ÷ medžiaga taip pat gali būti praktiškai pritaikyta – ji turi aukštos temperatūros superlaidį (šiuo atveju tai įvyko -58°C)

Pradėjo veikti rentgeno spindulių laisvųjų elektronų lazeris

Rugsėjo 1 d. Oficiali atidarymo ceremonija didžiausio pasaulyje elektroninio rentgeno elektroninių elektronų XFEL (Rentgeno spinduliuotės laisvųjų elektronų lazeris), kurio kūrimu dalyvavo Rusija. Iš tiesų, šis lazeris, tai yra tam tikro tipo optinės spinduliuotės šaltinis, nėra. Jame rentgeno spinduliuotė, panaši į savo savybes ir lazerio šviesą, sukuria elektronų spindulį, kuris pagreitinamas, kad greitis būtų artimas šviesos greičiui. Šiuo metu XFEL naudojamas didžiausias 1,7 km ilgio didžiausias supravado linas. Pagreitintieji elektronai patenka į pulsatorių, prietaisą, kuris erdvėje sukuria periodiškai skirtingą magnetinį lauką. Judinant zigzago kelyje elektronai spinduliuoja rentgeno spindulių diapazoną. Naujoji unikali priemonė generuoja ultragarso rentgeno spindulių blykstes, kurių įrašymo dažnis yra 27000 kartų per sekundę, o jo didžiausias ryškumas turėtų būti milijardo kartų didesnis nei esami rentgeno spindulių šaltiniai.

Pilnas tunelio greitintuvas. Nuotrauka: Europos XFEL / Heiner Müller-Elsner

Daugiau nei 60 mokslinių tyrimų komandos jau kreipėsi dėl eksperimentų. Remiantis rekordiniais ryškiais ir labai trumpais rentgeno impulsais, mokslininkai galės matyti ne tik atomų išdėstymą molekulėse, bet ir ten vykstančius procesus. Tai leis pasiekti naują lygmenį moksliniuose tyrimuose fizikos, chemijos, medžiagų mokslo, gyvosios gamtos mokslų, biomedicinos srityje. Pavyzdžiui, kurdami naujus vaistus, specialistai, žinodami tikslią baltymų molekulių atomų buvimo vietą, galės parinkti medžiagas, kurios blokuoja arba, priešingai, skatina jų darbą. Žinios apie kristalų struktūrą leis jums kurti medžiagas su norimomis savybėmis.

Neutrino registracija elastingomis atkūrimo sąlygomis

2017 m. Rugsėjo mėn. Didelė tarptautinė fizikų komanda, taip pat iš Rusijos, paskelbė, kad medžiagos branduoliai yra elastingos, nuoseklios neutrino sklaidos. Šis reiškinys buvo numatytas 1974 m. Masačusetso technologijos instituto teoretikente Daniel Friedman. Neutrinos yra silpna dalelė, o jos užfiksuoti mokslininkai kuria didžiulius įrenginius, kuriuose yra dešimtys tūkstančių tonų vandens.Friedmanas sužinojo, kad dėl bangų neutrino savybių jis sąveikauja su visais branduolio protonais ir neutronais, o tai žymiai padidins nagrinėjamų sąveikų skaičių – neutrino atšokusį iš branduolio. Už 461 dieną mokslininkai nustatė 134 tokius įvykius.

Kompiuterinis neutrininis jutiklis, kurį fizikas Björn Scholz suspaudžia rankose, primena paprastą formos ir dydžio butelį. Nuotrauka: Juano apykaklė / uchicago.edu

Šis atradimas nereikalauja perrašyti vadovėlių. Jos reikšmę sudaro mažo dydžio detektoriaus eksperimentai, kuriuose yra tik 14,6 kg cznio jodido kristalų. Maži nešiojamieji neutrininiai detektoriai ras daugybę programų, pavyzdžiui, branduolinių reaktorių stebėjimo. Deja, jie negali pakeisti milžiniškų detektorių visuose eksperimentuose, nes detektorius, pagrįstas koherentiniu išsisklaidimu, negali atskirti neutrino tipų.

Laikinasis kristalas – dvi galimybės

Kovo mėn. Dvi Jungtinių Amerikos Valstijų mokslininkų komandos pranešė, kad atrado naują materijos būseną, vadinamą laiko kristalais – laikinu kristalu (žr."Mokslas ir gyvenimas", Nr. 6, 2017 m., "Laikas skverbiasi, arba kai fizika yra geresnė už grojimą"). Tai nauja fizikos idėja, plačiai aptariama pastaraisiais metais. Tokie kristalai yra nuolat kintančios dalelių struktūros, pačios kartojančios laiku. Viena grupė naudojo ytterbio atomų grandinę, kurioje magnetinio momento projekcija svyravo veikiant lazeriui. Kitas laikomas kristalu, kuriame yra apie milijoną sutrikdytų defektų, kurių kiekvienas turėjo savo magnetinį momentą. Kai tokiems kristalams mikroskopijos spinduliuotės impulsai buvo veikiami, kad suktųsi nugaros, fizikai užfiksavo sistemos atsaką dažniu, kuris buvo tik dalis jaudinančios spinduliuotės dažnumo. Darbai paskatino diskusiją: ar tokios sistemos gali būti laikomos laikinais kristalais? Galų gale teoriškai sistemos turėtų svyruoti be išorinės įtakos. Bet bet kokiu atveju tokie laikini kristalai bus naudojami kaip super tikslūs jutikliai, pavyzdžiui, siekiant nustatyti mažiausius temperatūros pokyčius ir magnetinius laukus.

Žemėje esantys eksoplanetai

Pastaraisiais metais astronomai atrado daug eksoplanetų – planetų, skriejančių aplink kitas žvaigždes. Vis dėlto ne taip dažnai atsiranda žemės planetų atradimai zonoje, kurioje gali egzistuoti skystas vanduo, taigi ir gyvenimas (gyvenamoji zona). Vasarį NASA astronomai paskelbė septynių eksoplanetų atradimą TRAPPIST-1 raudonųjų nykštukų sistemoje (trys planetos buvo rastos dar 2016 m.), Iš kurių penkios yra arti Žemės, o du yra šiek tiek mažesni už Žemės, bet yra didesni nei Marsas. Tai yra daugiau nei bet kuri kita sistema. Bent trys planetos ir galbūt visi yra gyvenamojoje zonoje.

TRAPPIST-1 sistemos planetos, palyginus su Saulės sistemos planetomis. Iliustracija: NASA / JPL-Caltech

TRAPPIST-1 yra ultrakoldas, kurio temperatūra yra maždaug 2500 K, o negyvoji žvaigždė, sverianti tik 8% Saulės masės (ty šiek tiek daugiau nei planeta Jupiteris), yra apie 40 šviesmečių nuo Žemės. Planetos yra labai arti žvaigždės, o orlaivis iš toli nuo jų yra daug mažesnis nei Mercury orbitos. Rugpjūtį astronomai, naudojantys "Hablo kosminį teleskopą", pranešė apie pirmuosius "TRAPPIST-1" vandens turinio patarimus, dėl kurių gyvenimas yra galimas.

Balandį astronomaipranešė apie akmeninės planetos, kurios dydis 1,4 karto didesnis už Žemės dydį kito raudono nykštukų buveinių zonoje, atradimas – LHS 1140. Jis gauna du kartus mažiau šviesos nei Žemė. Atradimų autoriai mano, kad tai geras kandidatas ieškoti nežemiško gyvenimo.

Gruodžio mėn. Amerikiečių astronomai pranešė apie aštuntos planetos atradimą Keplerio 90-os žvaigždės sistemoje, esančioje apie 2500 šviesos metų nuo Žemės. Ši sistema yra arčiausiai Saulės sistemos pagal planetų skaičių. Tiesa, planetos rasta yra per arti žvaigždės, o jos paviršiaus temperatūra yra didesnė kaip 400 ° C. Įdomu tai, kad planeta buvo rasta apdorojant Keplerio teleskopo duomenis naudojant neuroninį tinklą.

"Cassini" misijos užbaigimas

Saturno žiedų paveikslėlis, gautas naudojant aparatą "Cassini". Foto: Kosmoso mokslo institutas / Jpl-caltech / nasa

Rugsėjo 15 d. 13 metų "Cassini" kosminio zondo misija baigėsi Saturno paviršiuje. Pradėta 1997 m., Nuo 2004 m. Ji ištyrė septintąją planetą, perduodama į Žemę daugybę duomenų ir unikalių nuotraukų. Paskutinis jo gyvenimo etapas – "Didysis galas" prasidėjo 2017 m. Balandžio 26 d. "Cassini" padarė 22 skrydžius tarp planetos ir vidinio žiedo.Toks gilus "nardymas" davė daug naujos informacijos, ypač apie Saturno jonosferos su žiedais elektrines ir chemines jungtis.

Pagal zondo duomenis 2017 m. Astronomai padarė išvadą, kad Saturno žiedai yra daug jaunesni nei planetos, kuri yra apie 4,5 mlrd. Metų. Žiedų amžius vertinamas 100 milijonų metų, todėl jie yra dinozaurų amžininkai.

Mokslininkai nusprendė "išmesti" zondą planetoje, kad netyčia nepatektų sausumos bakterijų Saturno "Titan" ir "Enceladus" palydovams, kuriuose gali būti vietinių mikroorganizmų.

Kvarka termobranduolinė

Lapkritį žurnale Gamta Buvo pateiktas straipsnis, kuriame du fizikai iš Jungtinių Amerikos Valstijų ir Izraelio teoriškai pasiūlė reakciją, panašią į termobranduolinius, esant kvarko lygiui, tačiau su žymiai didesniu energijos išmetimu. Kaip gerai žinoma, termobranduolinės reakcijos metu lengvieji elementai sujungti su energijos išsiskyrimu. Panaši reakcija gali atsirasti elementariųjų dalelių susidūrime, kuris pagal modernias sąvokas susideda iš kvarkų. Tokiu atveju susiduriančių dalelių kvarkai sąveikauja ir sugrupuos. Kaip rezultatas, atsiras nauja dalelė su kita kvarkų energija ir bus išleista energija.

Tyrėjai nurodė dvi galimas reakcijas.Pirmasis iš jų, kai du sujaudinti kvarkai sujungs, bus išleista 12 MeV energija. Tuo dviejų žemesnių kvarkų sujungimo metu turėtų būti paleistas 138 MeV, kuris yra beveik aštuonis kartus didesnis nei atskiroje deuterio ir tričio sintezėje termobranduolinėje reakcijoje (18 MeV). Praktinis šių prielaidų taikymas dar nėra svarstomas dėl kvarkų gyvenimo mažumo.

Eksicitai sugebėjo kondensuotis

Gruodžio mėn. Fizikų komanda iš JAV, Didžiosios Britanijos ir Nyderlandų paskelbė, kad atrado naują materijos formą, kurią jie pavadino eksitonu. 1931 m. Sovietis fizikas Jokūbas Ilichas Frenkelis prognozavo kvazisakių dalelių eksitoną – ypač susijaudinusią kristalo būseną, kurią galima pavaizduoti kaip elektrono ir skylės junginį, panašų į vandenilio atomą.

Eksicitas priklauso bozonams, dalelėms su visišku nugara ir pakankamai žemoje temperatūroje bosono sistema pereina į ypatingą būseną, vadinamą kondensatu, kuriame visos dalelės yra toje pačioje kvantinėje būsenoje ir elgiasi kaip viena didelė kvantinė banga. Dėl to Boseo skystis tampa pertekliniu arba superlaidžiu. Mokslininkai sugeba aptikti ekspozicijų Bose kondensatą 1T-TiSe kristaluose2.

Atradimas yra svarbus tolesniam kvantinės mechanikos, bet praktiškai gali rasti superlaidumo ir superfluidity Eksitonų naudojimą.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: