Нові рекорди фізиків 2014 року

Нові рекорди фізиків 2014 року

Закони фізики не можна порушити. Але їх можна вивчити. І краще всього природа піддається вивченню, коли дослідники відчувають встановлені межі на міцність. Так, відомо, що ніщо у Всесвіті не може бути холодніше абсолютного нуля температури або рухатися швидше, ніж світло у вакуумі. Однак фізики постійно ставлять експерименти, в результаті яких наші уявлення про граничних величинах змінюються.

У підсумковому матеріалі про головних відкриття фізиків за 2014 рік ми зібрали новини про поставлених або зареєстрованих вченими рекорди. І всі вони воістину вражають уяву.

Саме довге відлуння в рукотворних об’єктах

Почнемо, мабуть, з самого «розважального» рекорду року, що минає. До 2014-го рекорд по найдовшому еху в побудованих людиною приміщеннях становив 15 секунд. Саме стільки чуються відгомони в Мавзолеї Гамільтон у Південному Ланаркшире, Шотландія. Але в січні 2014 року цей рекорд був побитий — вперше за 44 роки.

Тунелі, де ехо триває рекордні 112 секунд

Професор Тревор Кокс (Trevor Cox), фахівець з акустичної інженерії, виявив приміщення, де ехо триває цілих 112 секунд. Ним виявилися підземні тунелі з покинутими паливними складами недалеко Инвергордона.

Цей грандіозний підземний склад був побудований ще до Другої світової війни — в 1938 році. Протяжність деяких коридорів перевищує довжину відразу двох футбольних полів, а висота стель складає 13,5 метрів.

Рекордно щільний алмаз

У липні 2014 року фізики поставили рекорд щільності, стиснувши невеликий алмаз до такої міри, що він виявився щільніше свинцю. Для цього команда вчених з Ліверморської національної лабораторії в Каліфорнії вдалася до допомоги надпотужних лазерних установок.

Найточніший в світі годинник стронцієві

У рамках експерименту застосовувалася технологія так званого динамічного похилого стиснення: алмаз обстріляли з усіх боків 176 променями лазера, в результаті чого хвилі тиску стиснули камінь до щільності, вчетверо перевищує нормальний показник. Тиск, який чинився на мінерал, в 50 мільйонів разів перевищувало тиск на поверхні Землі і становило 5 терапаскалей.

Всі ці зусилля були зроблені з однією-єдиною метою — зрозуміти, як веде себе матерія в ядрах гігантських планет. На відміну від Землі, в ядрі якої тиск сягає 361 гігапаскалів, в центрі Сатурна (умови якого імітувалися в експерименті) цей показник істотно вище. Також отримані дані допоможуть у вивченні відомих людині екзопланет, більшість з яких є як раз газовими гігантами.

Найточніші і стабільні годинник

Ні одні годинник у світі не можуть похвалитися такою точністю, як нові стронцієві атомні, створені в Національному інституті стандартів і технологій США. Цей механізм використовує коливання атомів стронцію в оптичній решітці в якості маятника.

В цьому році фізики максимально точно визначили масу електрона

Частинки охолоджені до температур, близьких до абсолютного нуля, завдяки чому виключаються перешкоди з боку яких-небудь часток ззовні. Атоми коливаються між двома енергетичними станами завдяки впливу червоного лазера. Випробування системи показали, що атоми здійснюють 430 трильйонів рухів в секунду.

Важливе доповнення: нові годинник також ставлять рекорд стабільності. Стабільність визначається тим, наскільки короткий термін потрібно приладу для досягнення максимальної продуктивності. На відміну від попередніх рекордсменів, яким були потрібні хвилини, а іноді й добу, стронцієві атомні годинники стабілізуються всього за пару секунд.

Найточніший показник маси електрона

У лютому минулого року фізики з Інституту ядерної фізики товариства Макса Планка в Гейдельберзі, Німеччина, вирішили виміряти масу електрона максимально точно. Для свого експерименту в якості ваг вчені використовували пастки Пеннінга.

Це пристрій використовує статичне магнітне поле однорідне і неоднорідне електричне поле для того, щоб зловити і утримати заряджену частинку. Піддослідним електроном був обраний той, що звертався навколо ядра атома вуглецю. Атом коливався всередині пастки Пеннінга зі стабільною частотою. Потім фізики використовували мікрохвилі для того, щоб змінити показник спина електрона, і виміряли різницю між коливаннями спина і атома.

Точний показник магнітного моменту протона дізналися німецькі фізики

На фінальному етапі експерименту вчені провели розрахунки за рівняннями квантової електродинаміки і вирахували різницю між масою протона (ядра атома) і електрона. А оскільки маса всього атома була спочатку відома, то вивести шуканий показник не склало праці.

У підсумку виявилося, що електрон має 0,000548579909067 атомних одиниць маси. Дані узгоджуються з результатами попередніх вимірювань, але є в 13 разів більш точними, ніж найточніший показник маси негативно зарядженої частинки за минулі роки.

Рекордний показник магнітного моменту протона

Через кілька місяців після того, як стала відома точна маса електрона, фізики зацікавилися магнітним моментом протона. У червні 2014 року були опубліковані результати рекордно точних вимірювань цієї величини.

Експеримент, так само як і у випадку з визначенням маси електрона, проводилося вченими з Інституту ядерної фізики товариства Макса Планка, і знову ж таки був заснований на розміщення частинок у пастки Пеннінга. Це пристрій дозволило фізикам простежити за тим, як протон змінює напрямок свого спина в залежності від впливу зовнішнього магнітного поля.

Золоті наномоторчики оберталися зі швидкістю 150 тисяч обертів у хвилину

Заганяючи частку по черзі то в одну, то в іншу пастку Пеннінга і порівнюючи показники, дослідники вирахували, частоту, при якій магнітне поле індукує зміну спрямованості спина. Так було зареєстровано рекордно точна величина магнітного моменту частинки.

Отриманий показник виявився 760 разів точніше, ніж попереднє вимірювання. За словами авторів дослідження, ці дані допоможуть розгадати таємницю баріонної асиметрії Всесвіту, тобто переважання речовини над антиречовиною.

«Золотий» рекорд швидкості обертання

У липні 2014 року фізики змусили обертатися з рекордною швидкістю золоті наномоторы. У ролі моторчиків виступили мікроскопічні стрижні з чистого золота. Їх помістили у воду, змішали з наночастинками з полістиролу і помістили між двома пластинами кремнію і скла. У рух стрижні наводилися звуковими хвилями, які генеруються пристроєм, схожим на динамік.

Рекорд відстані, на яку миттєво передали інформацію від світла до матерії

Обертові стрижні створювали микровихри, які захоплювали частинки полістиролу. Вимірюючи швидкість руху цих кульок, вчені змогли визначити і швидкість обертання стрижнів. Виявилося, що вона дорівнює 150 тисяч обертів у хвилину.

Це досягнення може бути використане при створенні нанороботів для доставки ліків до певної мети, а також адаптоване під потреби промисловості: така висока швидкість обертання дозволить без праці змішувати матеріали.

Рекордну відстань комунікації майбутнього

Фізики з Женевського університету передали інформацію від світла до матерії на рекордну відстань в вересні 2014 року. Кристал, що приймає сигнали, був віддалений від джерела інформації на цілих 25 кілометрів.

У своєму експерименті вчені створили пару фотонів, які перебувають у стані квантової заплутаності. Одну частинку відправили «подорожувати» по волоконно-оптичному кабелю, а другу помістили в кристал-приймач з ортосиликата ітрію. Третій фотон, відправлений надточним лазером, змусили наздогнати перший і зіткнутися з ним.

Фізики охолодили цілі молекули до рекордно низьких температур

Аналіз показників численних приладів показав, що інформація про квантовому стані третього фотона, який зіткнувся з першим, була знищена, як можна було очікувати, але відобразилася на частинці, яка перебуває в кристалі-приймачі.

Таким чином, дані про третьому фотоне були передані в кристал без безпосередньої взаємодії часток один з одним. Цей експеримент дає надію на те, що одного разу люди будуть спілкуватися миттєво і безпечно по квантовим комунікаційних каналах.

Майже абсолютний нуль

Як ми вже згадували, до абсолютного нуля охолодити неможливо ніщо. Однак фізики весь час намагаються досягти рекордно низьких температур, максимально наближених до абсолютного нуля, адже саме при таких температурах проявляються дивовижні квантові явища. Так, за 2014 рік було зареєстровано два ультрахолодних об’єкта — мідний куб і молекула монофторида стронцію.

Експеримент з мідним кубом проводився в Національному інституті ядерної фізики в Італії. Четырехсоткилограммовый шматок металу помістили в кріостат — особливу охолоджувальну камеру. В результаті послідовного охолодження за допомогою рідких газів температура об’єкта досягла мінус 273,144 за Цельсієм або мінус 459,66 за Фаренгейтом, а це всього на 6 милликельвинов вище абсолютного нуля.

Так мідний куб став найхолоднішим макрообъектом у Всесвіті з відомих людству і залишався таким протягом 15 днів.

Найхолоднішим об’єктом у Всесвіті цілих 15 днів був мідний куб

Що ж стосується охолодження окремих молекул, то тут необхідно застосовувати дещо інші методи. Нагадаємо, що абсолютний нуль температури, якої так прагнуть досягти фізики — це стан, при якому неможливо ніяке рух взагалі. Тому щоб охолодити молекули, їх необхідно максимально уповільнити.

Фізики з Єльського університету надійшли саме таким чином. Вони використовували лазерні установки з випромінюванням контрольованої довжини хвилі і магнітооптичний захоплення, щоб охолодити молекули монофторида стронцію. Матеріал був також обраний невипадково — у його молекул енергія коливань набагато менше, ніж у будь-яких інших.

В результаті експерименту частинки матеріалу виявилися охолоджені до 2,5 тисячних часток градуса вище абсолютного нуля. Примітно, що в даному випадку вчені охолоджували відразу цілі молекули, а не окремі атоми, які потім збирали в молекулярні структури, як це робиться в більшості експериментів.

Рекордна енергія прискорювача настільного

Завдяки відразу декільком рекордів фізиків, досягнутим в цьому році, 2014-й може стати одним з останніх років ери велетенських прискорювачів частинок, таких як Великий адронний коллайдер. У майбутньому в кожній лабораторії буде стояти своя прискорювальна установка, і уміщатися вона буде майже на звичайному робочому столі.

Ще в червні 2013 року фізиками з Техаського університету був створений перший в світі настільний прискорювач частинок, що використовує переваги лазера і плазми. У листопаді 2014 року дослідники з Департаменту енергетики Національної прискорювальної лабораторії США SLAC і Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі модернізували технологію і вивчили властивості плазми, яка дозволяє розганяти частинки на відстані всього в кілька сантиметрів.

Завдяки технології лазерно-плазмового прискорення незабаром настільні установки замінять таких гігантів, як БАК

А в грудні 2014 року фізики з Національної лабораторії Лоуренса в Берклі, США, продемонстрували мініатюрну ускорительную установку, яка б’є всі рекорди за рівнями одержуваної енергії. Цікаво, що це пристрій виявилося не просто найбільш ефективним серед своїх настільних «колег», але і серед деяких полноразменых прискорювачів заряджених частинок.

Експеримент полягав у спробі розігнати електрони усередині 9-сантиметрової трубки, заповненої плазмою. Частинки приводилися в рух потужним петаваттным лазером, за допомогою якого електрони вдалося розігнати до швидкості, эквивалетной енергії в 4,25 гигаэлектронвольта.

І це, за словами авторів дослідження, далеко не межа. У майбутньому році фізики планують розігнати електрони з плазмового каналу до енергії в 10 гигаэлектронвольтов. Залишається сподіватися, що їм це вдасться, оскільки майбутнє, де у кожного фізика буде стояти портативна прискорювальна установка, дозволить суттєво скоротити термін проведення найважливіших досліджень.

Разом

В наступному 2015 році вченим належить побити нові рекорди. Хто знає, може бути, одного разу закони фізики доведеться переписати у відповідності з результатами нових експериментів. І тоді, ймовірно, науці відкриються двері у світ Нової фізики.

http://www.vesti.ru/doc.html?id=2237050
   
Аномальные новости планеты

Загрузка...
Актуальные комментарии и обсуждения новостей