Na saite Astrometriya Astronomicheskie instrumenty Astronomicheskoe obrazovanie Astrofizika Istoriya astronomii Kosmonavtika, issledovanie kosmosa Lyubitel'skaya astronomiya Planety i Solnechnaya sistema Solnce

Fizika 2002: itogi goda
2.01.2003 13:49 | A. V. Seliverstov/Phys.Web.Ru

Proshedshii god ne daval fizikam skuchat'. Mnogie vazhnye issledovaniya - ot izucheniya kosmicheskogo reliktovogo izlucheniya do polucheniya antiveshestva v zemnoi laboratorii - ne svorachivalis', nesmotrya na ohlazhdenie interesa k fundamental'noi nauke v mire (i, sootvetstvenno, sokrashenie ee finansirovaniya) - a, naprotiv, rasshiryalis'. Server PhysicsWeb mezhdunarodnogo Instituta fiziki otobral 10 samyh interesnyh fizicheskih novostei 2002 goda - goda, kotoryi takzhe zapomnitsya dvumya gromkimi nauchnymi skandalami.

1. Antiatomy v CERNe
2. Polyarizaciya reliktovogo izlucheniya
3. Novoe podtverzhdenie neitrinnyh oscillyacii
4. Narushenie vtorogo nachala
5. Progress sverhprovodnikov
6. Uspehi v izuchenii ul'traholodnyh atomov
7. Nanologika na magnitah
8. Neitrony dlya kvantovoi gravitacii
9. Na scenu vyhodyat tetra-neitrony
10. Yarkie sobytiya v optike
11. Zakrytiya goda

1. Antiatomy v CERNe

Kollektor i akkumulyator antiprotonov. Foto CERN.

V etom godu vpervye udalos' poluchit' bol'shoe kolichestvo antiatomov. V sentyabre 2002 eksperiment ATHENA (CERN) pozvolil poluchit' 50 000 "holodnyh" atomov antivodoroda pri soedinenii antiprotonov i pozitronov v serii magnitnyh i elektrostaticheskih lovushek (podrobnee chitaite zdes').
Cherez dva mesyaca drugaya CERNovskaya gruppa issledovatelei (eksperiment ATRAP) vydala "na-gora" primerno 170 000 atomov antivodoroda i vpervye smogla izuchit' ih vnutrennie sostoyaniya. Oba kollektiva ispol'zovali shodnye eksperimental'nye metodiki dlya polucheniya antiatomov, no razlichnye metody registracii.
Konechnaya cel' oboih eksperimentov - detal'noe sravnenie energeticheskih urovnei atomov vodoroda i antivodoroda dlya proverki CPT-invariantnosti. Lyubye narusheniya simmetrii zaryada, chetnosti i vremeni, kotorye mogut proyavit'sya, naprimer, v razlichii energii perehodov elektrona (i, sootvetstvenno, pozitrona) s osnovnogo energeticheskogo urovnya na pervyi vozbuzhdennyi, potrebuyut novyh fizicheskih idei, vyhodyashih za ramki prinyatoi segodnya Standartnoi Modeli.

Cold antiatoms arrive in large numbers
First glimpses inside an anti-atom

2. Polyarizaciya reliktovogo izlucheniya

Interferometr DASI.

Foto University of Chicago Department of Astronomy and Astrophysics

Astronomy SShA vpervye obnaruzhili polyarizaciyu reliktovogo izlucheniya - eha Bol'shogo Vzryva (SVCh-diapazon, inache nazyvaemyi mikrovolnovym). Dlya utochneniya modeli Bol'shogo Vzryva i inflyacionnoi modeli Vselennoi issledovateli ispol'zovali Degree Angular Scale Interferometer (Interferometr s gradusnym uglovym razresheniem, DASI), raspolozhennyi v Antarktike nedadeko ot Yuzhnogo polyusa. Eshe odin rezul'tat etogo eksperimenta - v tom, chto obychnaya materiya sostavlyaet menee 5% obshei massy-energii Vselennoi.

Neskol'ko ranee Cosmic Background Imager poluchil naibolee detal'nye izobrazheniya samogo drevnego izlucheniya vo Vselennoi. Na nih astrofiziki vpervye smogli uvidet' te nebol'shie fluktuacii plotnosti veshestva, iz kotoryh vposledstvii razvilis' segodnyashnie skopleniya galaktik.

Imenno polyarizacionnye eksperimenty sposobny prolit' svet na razvitie Vselennoi v pervye doli sekundy posle Bol'shogo Vzryva - v period ee stremitel'nogo rasshireniya (inflyacii). Esli inflyacionnaya model' pravil'na, to izluchennye v eto vremya gravitacionnye volny dolzhny byli "ostavit' otpechatki" na polyarizacii reliktovogo izlucheniya.

CBI zooms in on cosmic microwaves
Cosmic microwaves get polarized

3. Novoe podtverzhdenie neitrinnyh oscillyacii

Razrushennyi Superkamiokande. Foto Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), The University of Tokyo

V aprele prishli novosti iz kanadskoi Neitrinnoi observatorii Sadberi (Sudbury Neutrino Observatory, SNO). Issledovateli predstavili novye dokazatel'stva oscillyacii solnechnyh neitrino, poluchennye s pomosh'yu ee gigantskogo detektora - prevrashenii elektronnyh neitrino v drugie vidy (podrobnei sm. zdes').

Predydushie rezul'taty SNO i vzorvavsheisya v proshlom godu yaponskoi ustanovki Superkamiokande (Superkamiokande) uzhe pozvolyali predpolozhit', chto oscillyacii neitrino veroyatny. Eto vozmozhno tol'ko v tom sluchae, esli massa neitrino otlichna ot nulya - eshe odin vazhnyi vyvod, prolivayushii novyi svet na stroenie materii.

Neskol'ko pozzhe eksperiment KamLAND pokazal, chto elektronnye antineitrino takzhe oscilliruyut.

Nobelevskaya premiya etogo goda otmetila pionerskie zaslugi dvuh uchenyh v oblasti neitrinnoi astrofiziki. Reimond Devis (Ray Davis, University of Pennsylvania) i Masatoshi Koshiba (Masatoshi Koshiba, University of Tokyo) podelili polovinu etoi premii. Rikardo Dzhiakkoni (Riccardo Giacconi) poluchil vtoruyu polovinu premii za svoi vklad v rentgenovskuyu astronomiyu.

New results back neutrino oscillation
Nobel Prize rewards neutrino astrophysics and X-ray astronomy
More evidence for neutrino oscillation

4. Narushenie vtorogo nachala

Vtoroe nachalo (vtoroi zakon) termodinamiki glasit, chto entropiya (stepen' neuporyadochennosti) izolirovannoi sistemy v ciklicheskom processe vozrastaet ili ostaetsya postoyannoi. Odnako v iyule avstraliiskie uchenye pokazali, chto na korotkoe vremya v malyh sistemah entropiya mozhet i umen'shat'sya (podrobnee sm. zdes'). Eto pervaya eksperimental'naya demonstraciya otkloneniya ot vtorogo nachala.

Issledovateli utverzhdayut, chto ih otkrytie mozhet byt' vazhnym dlya razrabotki mikromehanizmov, poskol'ku stepen' ili vremya narusheniya vtorogo nachala mogut rasti s umen'sheniem razmerov sistemy. Eksperiment mozhet imet' vazhnye posledstviya ne tol'ko dlya nanotehnologii, no i dlya ponimaniya togo, kak "funkcioniruet" zhivaya materiya.

Small systems defy second law

5. Progress sverhprovodnikov

V ryadah sverhprovodyashih elementov - novoe popolnenie. Uchenye SShA i Yaponii obnaruzhili, chto litii stanovitsya sverhprovodyashim v usloviyah sverhvysokih davlenii. Takzhe (SShA, Germaniya) vpervye obnaruzhili sverhprovodimost' splava plutoniya, kobal'ta i galliya pri temperaturah nizhe 18.5 K. Takzhe etot splav obladaet vysokim kriticheskim tokom, chto delalo by ego perspektivnym s tehnologicheskoi tochki zreniya, esli by ne radioaktivnost' plutoniya.

Bolee podrobno byli izucheny svoistva diborida magniya, debyutirovavshego v kachestve sverhprovodnika v yanvare 2001 g. Teoretiki iz SShA predpolozhili, chto ego otnositel'no vysokaya temperatura sverhprovodyashego perehoda mozhet byt' ob'yasnena nalichiem dvuh sverhprovodyashih shelei vmesto odnoi.

Magnesium diboride: mind the gaps
Lithium joins the superconductors
Plutonium is also a superconductor

6. Uspehi v izuchenii ul'traholodnyh atomov

V etom godu uspeshnymi okazalis' issledovaniya kak boze-einshteinovskogo kondensata (BEK), tak i vyrozhdennogo Fermi-gaza.

Kondensat Boze-Einshteina - novoe sostoyanie veshestva, v kotorom vse atomy nahodyatsya v odnom i tom zhe kvantovom sostoyanii. Vyrozhdennyi Fermi-gaz - ekvivalent etogo sostoyaniya dlya atomov, podchinyayushihsya statistike Fermi-Diraka.

God nachalsya s pervogo v mire nablyudeniya kvantovogo fazovogo perehoda v kondensate pri perehode atomov iz sostoyaniya s odinakovoi fazoi, kogda oni mogut peremeshat'sya bez treniya, v sostoyanie, gde svobodnoe dvizhenie nevozmozhno.

Takzhe bylo obnaruzheno, chto prisutstvie BEK vliyaet na povedenie Fermi-gaza - eto probuzhdaet nadezhdu na otkrytie sverhtekuchesti v Fermi-gazah.

V oktyabre vpervye byl poluchen boze-einshteinovskii kondensat iz atomov ceziya.

New look for Bose condensates
Condensate cracks Fermi gas
Caesium joins the condensates
Caesium condensate makes its debut

7. Nanologika na magnitah

Sistema schityvaniya dlya nanoventilya. Foto Durham Nanoscale Magnetics Group

Britanskie fiziki prodemonstrirovali logicheskii ventil' nanometrovyh razmerov, sozdannyi iz metalla i rabotayushii pri komnatnoi temperature. Obychno logicheskie operacii vypolnyayutsya poluprovodnikovymi ustroistvami, no otnositel'no nizkaya koncentraciya nositelei zaryada v poluprovodnikah ogranichivaet ih minimal'nyi razmer. Plotnost' elektronov v metallah vyshe, poetomu logicheskii element mozhno sdelat' men'she.

Esli mozhno budet realizovat' takim obrazom ves' spektr ispol'zuemyh v sovremennoi elektronike logicheskih ustroistv, to eto dast novyi impul's razvitiyu takih ustroistv, kak mobil'nye telefony i smart-karty - ved' hranenie informacii ne budet trebovat' rashoda energii.

Magnets open the gate to nanoscale logic

8. Neitrony dlya kvantovoi gravitacii

Kvantovye svoistva elektromagnitnogo polya proyavlyayutsya v celom ryade yavlenii, takih kak elektronnye orbitali v atomah ili struktura atomnogo yadra. Odnako analogichnye effekty dlya gravitacionnogo polya na mnogo poryadkov slabee na atomnyh masshtabah, poetomu ih sushestvenno slozhnee nablyudat'.

Tem ne menee, V.V. Nesvizhevskii (Sankt-Peterburgskii institut yadernoi fiziki im.B.P.Konstantinova) i ego kollegi iz francuzskogo instituta Laue-Lanzhevena (Institute Laue-Langevin, ILL) smogli nablyudat' kvantovannye sostoyaniya dvizheniya ul'traholodnyh neitronov v gravitacionnom pole (podrobnee chitaite zdes'). Podobnaya ustanovka mozhet byt' ispol'zovana dlya proverki takih osnov sovremennoi fiziki, kak, naprimer, princip ekvivalentnosti.

Neutrons reveal quantum effects of gravity

9. Na scenu vyhodyat tetra-neitrony

Chtoby ponyat', kak ustroeno yadro, neobhodimo izuchit' vzaimodeistviya mezhdu nuklonami. Ranee uzhe bylo izvestno, chto pary neitronov mogut sushestvovat' v "pochti svyazannom" sostoyanii, no eksperimental'noe podtverzhdenie etogo fakta zatrudnyaetsya otsutstviem elektricheskogo zaryada u neitronov i ih klasterov.

V mae eksperimentatory, rabotayushie na francuzskom uskoritele GANIL, soobshili ob obnaruzhenii tetra-neitronov - klastera, soderzhashego 4 neitrona i ni odnogo protona. Iz produktov raspada yader berilliya, obogashennyh neitronami, bylo vydeleno shest' vozmozhnyh kandidatov v neitronnye klastery. Esli etot rezul'tat budet podtverzhden, to fiziki smogut prodvinut'sya dal'she v ponimanii vnutriyadernyh sil.

Physicists get a taste of 'tetra-neutrons'

10. Yarkie sobytiya v optike

Zhivaya kletka.Foto High Resolution Optical Microscopy Group, Max-Planck-Institute for Biophysical Chemistry, Gottingen

Optiki takzhe ne teryali vremeni darom. Issledovateli iz Gettintena (Göttingen) s pomosh'yu obychnoi optiki poluchili izobrazheniya bakterii razmerom 33 nanometra - v 23 raza men'she dliny volny sveta, kotorym ee osveshali. Eto dostizhenie pokazyvaet, chto t.n. mikroskopy dal'nego polya mogut rabotat' s ob'ektami, men'shimi difrakcionnogo predela. Tem vremenem v Bilefel'de (Bielefeld, Germaniya) i Vene (Vienna, Avstriya) prodolzhalas' nachavshayasya v proshlom godu attosekundnaya revolyuciya. Attosekundnye lazernye impul'sy ispol'zovalis' dlya isledovaniya dinamiki elektronov v atomah kriptona.

V kvantovoi optike - pervency: kvantovyi logicheskii element "NE", hranenie dvuh bit informacii odnim fotonom, klonirovanie fotona (pravda, nepolnoe: sozdanie tochnoi kopii zapresheno zakonami kvantovoi mehaniki. Pravda, v otlichie ot biologicheskih klonov, fotonam ne strashny bolezni). Anglichane i nemcy postavili rekord dal'nosti (bolee 10 km) v peredache "kvantovogo klyucha" v razrezhennom vozduhe, sdelav novyi shag v kvantovyh sistemah zashishennoi svyazi.

Microscopes move to smaller scales
First light for attophysics
Quantum logic: to be, or NOT to be?
Single photons to soak up data
Photons get the quantum cloning treatment
Quantum key travels record distance

11. Zakrytiya goda

Dvoe uchenyh byli izgnany iz izvestnyh laboratorii v 2002 g. za fal'sifikaciyu rezul'tatov. V iyune Viktor Ninov (Victor Ninov) pokinul Berkleevskuyu nacional'nuyu laboratoriyu im. Lourensa (Lawrence Berkeley National Laboratory) - special'noi komissiei bylo obnaruzheno, chto dannye ob otkrytii 118 elementa tablicy Mendeleeva, samogo tyazhelogo na segodnyashnii den', byli sfabrikovany im. Yan Hendrik Shon (Jan Hendrik Schön) byl uvolen iz Bell Labs v sentyabre, kogda drugaya komissiya priznala obosnovannymi 16 iz 24 obvinenii v podloge. Za poslednie pyat' let Shon opublikoval bolee 100 statei, bol'shinstvo iz nih - o svoistvah organicheskih poluprovodnikov.

Bell Labs physicist fired for misconduct
In the matter of J Hendrik Schön

K sozhaleniyu, v spiske malo rossiiskih uchenyh. Hotite rasskazat' o svoih dostizheniyah? Pishite nam!

Avtor original'nogo materiala
Belle Dume, PhysicsWeb, 20.12.2002

Publikacii s klyuchevymi slovami: nauka Publikacii so slovami: nauka
Sm. takzhe: 10 vazhneishih nauchnyh sobytii 2008 goda Mariya Mitchel vdohnovlyaet pokolenie Nuzhna li astronomiya v shkol'nom obuchenii? Kak soobshit' o svoem nauchnom otkrytii Astronomiya 2002: itogi goda URANIYa Nauchno-populyarnyi obrazovatel'nyi zhurnal v "Russkom pereplete" (Astronomy.com) Vse publikacii na tu zhe temu >>