Справочный. 10 самых интересных физических новостей в 2002 году

10 самых интересных физических новостей в 2002 году

Многие важные исследования в минувшем 2002г - от изучения космического реликтового излучения до получения антивещества в земной лаборатории - не сворачивались, несмотря на охлаждение интереса к фундаментальной науке в мире (и, соответственно, сокращение ее финансирования) - а, напротив, расширялись. Сервер PhysicsWeb международного Института физики отобрал 10 самых интересных физических новостей 2002 года - года, которые приведены ниже.

1. Антиатомы в ЦЕРНе

На фотографии Коллектор и аккумулятор антипротонов.
В этом году впервые удалось получить большое количество антиатомов. В сентябре 2002 эксперимент ATHENA (ЦЕРН) позволил получить 50 000 "холодных" атомов антиводорода при соединении антипротонов и позитронов в серии магнитных и электростатических ловушек. Через два месяца другая ЦЕРНовская группа исследователей (эксперимент ATRAP) выдала "на-гора" примерно 170 000 атомов антиводорода и впервые смогла изучить их внутренние состояния. Оба коллектива использовали сходные экспериментальные методики для получения антиатомов, но различные методы регистрации.
Конечная цель обоих экспериментов - детальное сравнение энергетических уровней атомов водорода и антиводорода для проверки CPT-инвариантности. Любые нарушения симметрии заряда, четности и времени, которые могут проявиться, например, в различии энергий переходов электрона (и, соответственно, позитрона) с основного энергетического уровня на первый возбужденный, потребуют новых физических идей, выходящих за рамки принятой сегодня Стандартной Модели.

2. Поляризация реликтового излучения

На фотографии Интерферометр DASI.
Астрономы США впервые обнаружили поляризацию реликтового излучения - эха Большого Взрыва (СВЧ-диапазон, иначе называемый микроволновым). Для уточнения модели Большого Взрыва и инфляционной модели Вселенной исследователи использовали Degree Angular Scale Interferometer (Интерферометр с градусным угловым разрешением, DASI), расположенный в Антарктике недалеко от Южного полюса. Еще один результат этого эксперимента - в том, что обычная материя составляет менее 5% общей массы-энергии Вселенной.
Несколько ранее Cosmic Background Imager получил наиболее детальные изображения самого древнего излучения во Вселенной. На них астрофизики впервые смогли увидеть те небольшие флуктуации плотности вещества, из которых впоследствии развились сегодняшние скопления галактик.
Именно поляризационные эксперименты способны пролить свет на развитие Вселенной в первые доли секунды после Большого Взрыва - в период ее стремительного расширения (инфляции). Если инфляционная модель правильна, то излученные в это время гравитационные волны должны были "оставить отпечатки" на поляризации реликтового излучения.

3. Новое подтверждение нейтринных осцилляций

На фотографии Разрушенный Суперкамиоканде. Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), The University of Tokyo.
В апреле пришли новости из канадской Нейтринной обсерватории Садбери (Sudbury Neutrino Observatory, SNO). Исследователи представили новые доказательства осцилляций солнечных нейтрино, полученные с помощью ее гигантского детектора - превращений электронных нейтрино в другие виды. Предыдущие результаты SNO на взорвавшейся в прошлом году японской установки Суперкамиоканде (Superkamiokande) уже позволяли предположить, что осцилляции нейтрино вероятны. Это возможно только в том случае, если масса нейтрино отлична от нуля - еще один важный вывод, проливающий новый свет на строение материи. Несколько позже эксперимент KamLAND показал, что электронные антинейтрино также осциллируют.

4. Нарушение второго начала
Второе начало (второй закон) термодинамики гласит, что энтропия (степень неупорядоченности) изолированной системы в циклическом процессе возрастает или остается постоянной. Однако в июле австралийские ученые показали, что на короткое время в малых системах энтропия может и уменьшаться (подробнее). Это первая экспериментальная демонстрация отклонения от второго начала. Исследователи утверждают, что их открытие может быть важным для разработки микромеханизмов, поскольку степень или время нарушения второго начала могут расти с уменьшением размеров системы. Эксперимент может иметь важные последствия не только для нанотехнологии, но и для понимания того, как "функционирует" живая материя.

5. Прогресс сверхпроводников
В рядах сверхпроводящих элементов - новое пополнение. Ученые США и Японии обнаружили, что литий становится сверхпроводящим в условиях сверхвысоких давлений. Также (США, Германия) впервые обнаружили сверхпроводимость сплава плутония, кобальта и галлия при температурах ниже 18.5 К. Также этот сплав обладает высоким критическим током, что делало бы его перспективным с технологической точки зрения, если бы не радиоактивность плутония. Более подробно были изучены свойства диборида магния, дебютировавшего в качестве сверхпроводника в январе 2001г. Теоретики из США предположили, что его относительно высокая температура сверхпроводящего перехода может быть объяснена наличием двух сверхпроводящих щелей вместо одной

6. Успехи в изучении ультрахолодных атомов
В этом году успешными оказались исследования как бозе-эйнштейновского конденсата (БЭК), так и вырожденного Ферми-газа. Конденсат Бозе-Эйнштейна - новое состояние вещества, в котором все атомы находятся в одном и том же квантовом состоянии. Вырожденный Ферми-газ - эквивалент этого состояния для атомов, подчиняющихся статистике Ферми-Дирака. Год начался с первого в мире наблюдения квантового фазового перехода в конденсате при переходе атомов из состояния с одинаковой фазой, когда они могут перемещаться без трения, в состояние, где свободное движение невозможно. Также было обнаружено, что присутствие БЭК влияет на поведение Ферми-газа - это пробуждает надежду на открытие сверхтекучести в Ферми-газах. В октябре впервые был получен бозе-эйнштейновский конденсат из атомов цезия.

7. Нанологика на магнитах

Система считывания для нановентиля.
Британские физики продемонстрировали логический вентиль нанометровых размеров, созданный из металла и работающий при комнатной температуре. Обычно логические операции выполняются полупроводниковыми устройствами, но относительно низкая концентрация носителей заряда в полупроводниках ограничивает их минимальный размер. Плотность электронов в металлах выше, поэтому логический элемент можно сделать меньше. Если можно будет реализовать таким образом весь спектр используемых в современной электронике логических устройств, то это даст новый импульс развитию таких устройств, как мобильные телефоны и смарт-карты - ведь хранение информации не будет требовать расхода энергии.

8. Нейтроны для квантовой гравитации
Квантовые свойства электромагнитного поля проявляются в целом ряде явлений, таких как электронные орбитами в атомах или структура атомного ядра. Однако аналогичные эффекты для гравитационного поля на много порядков слабее на атомных масштабах, поэтому их существенно сложнее наблюдать. Тем не менее, В.В. Несвижевский (Санкт-Петербургский институт ядерной физики им.Б.П.Константинова) и его коллеги из французского института Лауэ-Ланжевена (Institute Laue-Langevin, ILL) смогли наблюдать квантованные состояния движения ультрахолодных нейтронов в гравитационном поле (подробнее). Подобная установка может быть использована для проверки таких основ современной физики, как, например, принцип эквивалентности.

9. На сцену выходят тетра-нейтроны
Чтобы понять, как устроено ядро, необходимо изучить взаимодействия между нуклонами. Ранее уже было известно, что пары нейтронов могут существовать в "почти связанном" состоянии, но экспериментальное подтверждение этого факта затрудняется отсутствием электрического заряда у нейтронов и их кластеров. В мае экспериментаторы, работающие на французском ускорителе GANIL, сообщили об обнаружении тетра-нейтронов - кластера, содержащего 4 нейтрона и ни одного протона. Из продуктов распада ядер бериллия, обогащенных нейтронами, было выделено шесть возможных кандидатов в нейтронные кластеры. Если этот результат будет подтвержден, то физики смогут продвинуться дальше в понимании внутриядерных сил.

10. Яркие события в оптике

На рисунке Живая клетка.
Оптики также не теряли времени даром. Исследователи из Геттинтена (Göttingen) с помощью обычной оптики получили изображения бактерии размером 33 нанометра - в 23 раза меньше длины волны света, которым ее освещали. Это достижение показывает, что т.н. микроскопы дальнего поля могут работать с объектами, меньшими дифракционного предела. Тем временем в Билефельде (Bielefeld, Германия) и Вене (Vienna, Австрия) продолжалась начавшаяся в прошлом году аттосекундная революция. Аттосекундные лазерные импульсы использовались для исследования динамики электронов в атомах криптона.
В квантовой оптике - первенцы: квантовый логический элемент "НЕ", хранение двух бит информации одним фотоном, клонирование фотона (правда, неполное: создание точной копии запрещено законами квантовой механики. Правда, в отличие от биологических клонов, фотонам не страшны болезни). Англичане и немцы поставили рекорд дальности (более 10 км) в передаче "квантового ключа" в разреженном воздухе, сделав новый шаг в квантовых системах защищенной связи.

М.Е.Прохоров из ГАИШ МГУ выделил следующие самые значительные достижениям в 2002 году в области астрономии.

1. Открытие осцилляций Солнечных нейтрино. Впервые об этом заговорили в 2001 году по результатам измерений на установке Супер-Камиоканде. Но доказательства были не очень четкими и окончательно открытие созрело, когда к результатам Супер-Камиоканде добавились данные нейтринной обсерватории Садбери. В декабре 2002 года физиками коллаборации KamLAND было сообщено об открытии осцилляций реакторных нейтрино (антинейтрино), но это уже не "астрономическое" достижение.

2. Открытие звезды HE0107-5240, необычно бедной тяжелыми элементами. Она образовалась практически из первичного (дозвездного) вещества.

3. Открыта поляризация реликтового излучения! От этого нового канала наблюдения Вселенной ожидают очень многого, но пока удалось только "прорубить окно в Европу".

4. Сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути. То что она там есть ученые с большей или меньшей уверенностью заявляли уже достаточно давно. И даже оценивали ее массу. Но очень наглядным доказательством стало открытие звезды, обращающейся вокруг невидимого коллапсара.

5. Квавар (Quaoar) - самый большой из транснептуновых объектов, "почти" планета. Слово почти взято в кавычки, поскольку Квавар меньше Плутона, а сегодня и его не посчитали бы планетой.

6. Очень давно, при z ≈1000, вещество охладилось до нескольких тысяч градусов и рекомбинировало. Пространство стало прозрачным для излучения, а излучение от границы рекомбинации мы называем сегодня как реликтовым (или, на американский лад, фоновым микроволновым излучением). Но сегодня межгалактическое излучения снова ионизовано. Когда это произошло? Погоня за галактиками и квазарами со все большими и большими красными смещениями привела к обнаружению границы реионизации примерно на z=6. (Эту новость можно отнести и к 2001 году, так как статьи вышли на границе годов).

7. Наблюдения гамма-всплеска GRB011121 и сверхновой SN 2001ke доказали, что по крайней мере часть гамма-всплесков может быть генетически связана со вспышками далеких сверхновых. Вопрос о том происходят ли эти два события одновременно остался открытым.

8. В двойной системе (микроквазаре) GRS 1915+105 открыта черная дыра с массой 14 масс Солнца. Это самая массивная черная дыра звездной массы (и, следовательно, самый надежный кандидат в черные дыры) из известных на сегодня.

9. Обнаружены сверхновые и шаровые скопления между галактиками в скоплениях галактик.

10. Черный дыры промежуточных масс (~1000 масс Солнца) обнаружены в центрах двух шаровых скоплений. Это открытие пока нуждается в подтверждении.

11. Серия великолепных баллонных экспериментов по измерению анизотропии реликтового излучения, начавшаяся несколько нет назад полетом "Бумеранга" завершилась полетом "Археопса". Теперь мы с уверенностью говорим о существовании 3-х допплеровских пиков в спектре мощности анизотропии. А завершенной эту серии можно считать потому, что уже почти год, в точке Лагранжа L2, прячась от прямых лучей Солнца в тени Земли, работает более чувствительный спутник MAP, измеряющий анизотропию реликта. Предполагается, что его результаты появятся в феврале-марте 2003 года.

12. Нобелевские премии по физике 2002 года были присуждены трем астрофизикам - за изучение Солнечных и космических нейтрино (Рэймонду Дэвису и Масатоши Кошибе) и за вклад в развитие рентгеновской астрономии (Рикардо Джиаккони).

Copyright © ОблЦИТ 2001-2025
Copyright © ОблЦИТ 2001-2025