Минувший год был достаточно богат на научные открытия во всех сферах. Наш журнал подготовил список изобретений и фундаментальных исследований в области физики и математики.
Антиматерия и гравитация. Специалисты, работающие на установке ALPHA-g в ЦЕРН, экспериментально доказали, что земная гравитация действует на антивещество, как и на обычную материю. Конечно такой результат был ожидаем, но требовал проверки. Существует теория, что антиматерия подвержена антигравитации, то есть для нее гравитация приводит к отталкиванию, а не притяжению. Иногда данное гипотетическое свойство антиматерии используют для объяснения самых больших загадок современной космологии, например преобладания вещества над антивеществом во Вселенной и наблюдаемого ее расширения с ускорением. Для последнего обычно предполагают существование гипотетической темной энергии.
Для нового эксперимента «труба» установки ALPHA была установлена вертикально. В магнитной ловушке накопили атомы антиводорода, после чего позволили им свободно падать. Физики отслеживали перемещение атомов антивещества по аннигиляционным вспышкам на стенках установки.
Рентгеновская подпись атома. Физики сразу нескольких лабораторий США под руководством профессора Со Вай Хла из Университета Огайо разработали метод, использующий синхротронное рентгеновское излучение для исследования отдельного атома в веществе. Объектом изучения были выбраны атомы железа и тербия. Для решения данной задачи ученые сделали своеобразный гибрид рентгеновского спектроскопа и сканирующего туннельного микроскопа. Новый метод получил название «синхротронная рентгеновская сканирующая туннельная микроскопия» (SX-STM).
Одновременно с туннельным сканированием образец облучали рентгеновским излучением, которое проникало на нижние электронные оболочки, возбуждало близкие к ядру электроны и приводило к их туннелированию. В зависимости от состояния атома его электроны находятся на разных орбиталях, имеют разную энергию и соответственно поглощают фотоны разной длины волны. Регистрируя зависимость туннельного тока от частоты излучения можно распознать не только сам атом, но и его химическое состояние – на каких орбиталях находились электроны.
Изучение структуры протона при помощи нейтрино. Американским ученым удалось получить информацию о структуре протона путем «обстрела» пластиковых мишеней, содержащих углерод и водород, пучком нейтрино. Нейтрино слабо взаимодействует с веществом, поэтому пришлось решить множество проблем для высокоточных измерений их рассеяния. Примененный метод может быть использован для дальнейшего изучения взаимодействия нейтрино с материей.
Симулирование расширения Вселенной. Специалисты Германии, Испании и Бельгии в своей совместной работе смогли симулировать процесс расширения Вселенной на раннем этапе ее существования. Для этого исследователи использовали конденсат Бозе-Эйнштейна, который имитировал Вселенную, а двигавшиеся в нем квазичастицы фононы – квантовые поля. Ученые изменяли длину рассеяния атомов в конденсате и смогли заставить «вселенную» расширяться с разной скоростью и изучить, как фононы создают в ней флуктуации плотности.
Физики впервые квантово запутали молекулы. Ученые Принстонского университета в Нью-Джерси впервые осуществили квантово-механическую запутанность отдельных молекул. Отметим, что в этих особых состояниях молекулы остаются коррелированными друг с другом и могут взаимодействовать одновременно, даже если они находятся на расстоянии нескольких миль друг от друга или даже если они занимают противоположные концы Вселенной.
Это новый и очень важный рубеж в квантовой науке, ведь запутанные молекулы могут стать строительными блоками для многих будущих приложений, таких как квантовые компьютеры, симуляторы и датчики, а также новые способы хранения и обработки квантовой информации.
Энергия из космоса. Ученые Калифорнийского технологического института сообщили о первой успешной передаче солнечной энергии из космоса в приемник на земле с помощью прибора MAPLE. Данный прибор размещен на космическом корабле SSPD-1 и был запущен на орбиту в январе.
MAPLE – это микроволновая решетка для низкоорбитального эксперимента по передаче энергии, состоящая из массива гибких легких передатчиков микроволновой энергии, управляемых специальными электронными чипами, созданными с использованием недорогих кремниевых технологий. MAPLE способен смещать фокус и направление излучаемой энергии без каких-либо движущихся частей, передавая большую часть энергии в нужное место на Земле.
Открытие распространения трещин в материалах со сверхзвуковой скоростью. Исследователи Еврейского университета в Иерусалиме обнаружили, что трещины в некоторых материалах могут распространяться со скоростью, превышающей скорость звука. Данное открытие спорит как с результатами прежних экспериментов, так и с теоретическими обоснованиями, согласно которым скорость звука в материале соответствует пределу скорости прохождения сквозь него механической энергии. Таким образом, новые наблюдения могут косвенно подтверждать сделанное около 20 лет назад предположение о существовании иных механизмов распространения трещин.
