Deset najvećih događaja iz 2017. godine u fizici i astronomiji

Deset najvećih događaja iz 2017. godine u fizici i astronomiji

Alexey Ponyatov,
Kandidat fizikalnih i matematičkih znanosti
"Znanost i život" №1, 2018

Gravitacijski valovi iz spajanja neutronskih zvijezda

Udaranje neutronskih zvijezda. Ilustracija: NSF / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnet

Najznačajnije otkriće 2017. godine bilo je prvo u povijesti registracije gravitacijskih valova iz spajanja dviju neutronskih zvijezda. Astronomi su prvi put uspjeli istovremeno popraviti gama-zrake koji su se dogodili tijekom spajanja, a zatim pronašli i istražili mjesto gdje se pojavila kozmička katastrofa – 100 milijuna svjetlosnih godina od Zemlje.

Gravitacijski valovi otkriveni su 17. kolovoza LIGO (SAD) detektori gravitacijskih valova i Djevica (Francuska, Italija), a nakon nekoliko sekundi prostorni opservatori (ESA) i Fermi (NASA) zabilježili su kratke gama zrake. Zemaljska i svemirska opservatorija bila su povezana s potragom za izvorom signala, a zatim su nekoliko desetaka dana pratili postupno umirući ostatak "eksplozije". Ruski istraživači iz IKI RAN, GAISH Moskva State University i FTI nazvani po A. Joffe.

Ovo je otkriće povezano s nekoliko problema astrofizike. Prije svega, na pitanje o podrijetlu snažnih eksplozija gama zračenja, koji emitiraju u sekundi više energije nego Sunce više od milijarde godina.

Astrofizičari su dugo pretpostavili da izvor bursts može biti spoj dvije zvijezde neutrona, ali sada su dobili eksperimentalne dokaze o valjanosti razvijene teorije. Kao rezultat sudara zvijezda istodobno s eksplozijom gama zračenja, dio zvjezdane materije izbacuje se velikom brzinom u okolni prostor. Taj fenomen, otkriven 2013. godine, dobio je naziv kilon. Onda se radioaktivni elementi iz formiranog oblaka raspadaju u stabilne, stvarajući svoje zračenje. Astronomi su otkrili veliki broj teških elemenata u oblaku, kao što su zlato i platina, što nam omogućava da smatramo da su zvijezde smjestile kao stvarne galaktičke tvornice teških elemenata koji su odsutni u mladom svemiru.

53 qubit kvantno računalo

Kvantna računala, s kojima se povezuju visoke očekivanja, još nisu stvorena, ali 2017. godine poduzeti su važni koraci za dovođenje ideje u život. Kvantni računalni uređaji rade s qubits – objektima koji pohranjuju najmanji dio informacija – analoga malo u redovnom računalu. Broj qubits određuje sposobnosti kvantnog računala.

U studenom u časopisu priroda objavili su članke o simulaciji kvantnih sustava pomoću kvantnih računala od 51 i 53 qubita. Prije toga, takvi univerzalni uređaji bili su ograničeni na 20 qubits. Dvostruko povećanje broja qubita povećalo je brojne mogućnosti računalnih uređaja. Kvantno računalo od 51 kvota stvoreno je pod vodstvom Michaela Lukina, koji radi na ruskom kvantnom centru i Harvard University. Dana 28. srpnja takav je uređaj predstavljen na Međunarodnoj konferenciji o kvantnim tehnologijama u Moskvi.

Stabilni metalni vodik

U siječnju su fizičari iz Harvarda izvijestili da su po prvi put u povijesti dobili malu količinu stabilnog metalnog vodika. Uzorak je imao dimenziju od 1,5 x 10 μm. Teoretski, postojanje metalnog vodika pri visokim pritiscima bilo je predviđeno 1935. godine. U prirodi se takvi uvjeti ostvaruju u dubinama zvijezda i divovskih planeta. Od 1996. komprimiran je nekoliko puta kompresijom udara, ali vodik je postojao u takvom stanju vrlo kratko.

Da bi se stvorio stabilan metalni vodik, tim Harvarda koristio je postava gdje su dijamantni nakupi razvili tlak od 495 gigapascala, što je oko pet milijuna puta više od normalnog atmosferskog tlaka.

Pored čisto znanstvene vrijednosti, ovaj egzotični materijal također može naći praktičnu primjenu – ima visoku temperaturu supravodljivost (u ovom slučaju, to se dogodilo na -58°C).

Laserski elektronski laser s X-zrakom počeo je raditi

1. rujna službena svečanost otvaranja najvećeg svjetskog elektronskog elektrona X-zraka XFEL-a XFEL (laserski slobodni elektronski laser), u stvaranju koje je Rusija sudjelovala. Zapravo, laser, to jest izvor optičkog zračenja određenog tipa, to nije. U njemu, rendgensko zračenje, slično svojstvima laserskoj svjetlosti, stvara elektronsku zraku koja se ubrzava do brzine blizu brzine svjetlosti. Na XFEL-u koristi se najveći svjetski supravodljivi linac dug 1.7 km. Ubrzani elektroni ulaze u napuhavanje, uređaj koji stvara povremeno promjenjivo magnetsko polje u prostoru. Premještanje u njemu uz cik-cak put, elektroni emitiraju u rasponu rendgenskih zraka. Novi jedinstveni objekt generirat će ultrashort x-ray bljeskalice s frekvencijom snimanja od 27.000 puta u sekundi, a njegova vršna svjetlina očekuje se milijardu puta veća od postojećih rendgenskih izvora.

Potpuni akcelerator tunela. Fotografija: Europski XFEL / Heiner Muller-Elsner

Više od 60 istraživačkih timova već su se prijavili za pokuse. Uz pomoć rekordnih svijetle i vrlo kratke rendgenske impulse, istraživači će moći vidjeti ne samo raspored atoma u molekulama, nego i procesi koji se tamo događaju. To će omogućiti postizanje nove razine istraživanja u području fizike, kemije, znanosti o materijalima, životnih znanosti, biomedicine. Primjerice, prilikom izrade novih lijekova, stručnjaci koji znaju točan položaj atoma u molekulama bjelančevina moći će preuzeti tvari koje će blokirati ili, obrnuto, stimulirati njihov rad. Poznavanje strukture kristala omogućit će vam da razvijete materijale sa željenim svojstvima.

Neutrino registraciju elastičnim povratom

U rujnu 2017. veliki međunarodni tim fizičara, uključujući Rusiju, najavio je otkriće elastičnog koherentnog raspršivanja neutrina na jezgrama tvari. Taj je fenomen predvidio 1974. Daniel Friedman, teoretičar na Massachusetts Institute of Technology. Neutrini su neugodna čestica, a za njegovo hvatanje istraživači grade velike instalacije koje sadrže desetke tisuća tona vode.Friedman je otkrio da zbog valnih svojstava neutrina, ona će komunicirati u dogovoru sa svim protonom i neutronima jezgre, što će znatno povećati broj interakcija koje se smatraju – neutrino se odbija od jezgre. Za 461 dana istraživači su promatrali 134 takva događaja.

Kompaktni detektor neutrina koji komprimira fizičar Björn Scholz u njegovim rukama nalikuje običnoj bočici u obliku i veličini. Fotografija: Juan Collar / uchicago.edu

Ovo otkriće neće prisiliti ponovno pisanje udžbenika. Njegova je vrijednost u stvaranju eksperimenata malog detektora, u kojemu je samo 14,6 kg kristala cezijevog jodida. Mali prijenosni neutrino detektori naći će različite primjene, primjerice za praćenje nuklearnih reaktora. Nažalost, ne mogu zamijeniti divovske detektore u svim eksperimentima, budući da detektor na temelju koherentnog raspršivanja ne može razlikovati vrste neutrina.

Vremenski kristal – dvije opcije

U ožujku su dvije ekipe istraživača iz Sjedinjenih Država izvijestile o otkriću novog stanja materije, nazvanog kristalima vremena – vremenskom kristalu (vidi"Science and Life", br. 6, 2017, "Time Ripples, ili kada je fizika bolja od fikcije"). Ovo je nova ideja u fizici, o kojima se raspravljalo posljednjih godina. Takvi kristali su konstantne strukture čestica koje sami ponavljaju na vrijeme. Jedna grupa koristila je lanac atoma jezerca, u kojima je projekcija magnetskog momenta sustava oscilirala pod djelovanjem lasera. Drugi smatraju kristal koji sadrži oko milijun neurednih nedostataka, od kojih svaki ima svoj magnetski trenutak. Kada je takav kristal bio podvrgnut impulsima mikrovalnog zračenja za vrtnju okretaja, fizičari su zabilježili odgovor sustava na frekvenciji koja je bila samo djelić frekvencije uzbudljive zračenja. Radovi su izazvali raspravu: mogu li se takvi sustavi smatrati vremenitim kristalima? Uostalom, teoretski, sustavi bi trebali oscilirati bez vanjskog utjecaja. Ali u svakom slučaju, takvi će vremenski kristali pronaći primjenu u ulozi super-preciznih senzora, na primjer, kako bi izmjerili najmanju promjenu temperature i magnetskog polja.

Egzoplanete slične Zemlji

Posljednjih godina astronomi su otkrili mnoge egzoplanete – planete koji kruže oko drugih zvijezda. Međutim, otkrića planeta sličnih Zemlji u zoni u kojoj postoji tekuća voda, a time i život (naseljiva zona), nisu tako česti. U veljači su astronomi NASA-e najavili otkriće sedam eksoplaneta u TRAPPIST-1 crvenom patuljastom sustavu (tri planeta pronađeno već 2016.), pet od kojih su blizu veličine Zemlje, a dva su nešto manja od Zemlje, ali veća od Marsa. To je više od bilo kojeg drugog sustava. Najmanje tri planeta, a možda i svi, nalaze se u naseljivoj zoni.

Planete TRAPPIST-1 sustava u odnosu na planete Sunčevog sustava. Ilustracija: NASA / JPL-Caltech

TRAPPIST-1 je ultrakold, s temperaturom od oko 2500 K, zvijezda patuljka koja ima samo 8% mase Sunca (to jest nešto više od planeta Jupiter), koja se nalazi oko 40 svjetlosnih godina od Zemlje. Planeti su vrlo blizu zvijezde, a orbita najudaljenijih od njih mnogo je manja od orbite Merkura. U kolovozu, astronomi koji koriste Hubble svemirski teleskop objavili su prve tragove sadržaja vode u TRAPPIST-1 sustavu, što omogućuje život tamo.

U travnju, astronomiizvijestio je otkriće kamena planeta veličine 1,4 puta veće od Zemlje u zoni staništa drugog crvenog patuljka – LHS 1140. Dobiva dva puta manje svjetla od Zemlje. Autori otkrića smatraju se dobrim kandidatom za pronalaženje izvanzemaljskog života.

U prosincu su američki astronomi izvijestili o otkriću osmog planeta u sustavu Kepler-90 zvjezdice, koji se nalazi oko 2500 svjetlosnih godina od Zemlje. Ovaj je sustav najbliži Sunčevu sustavu u smislu broja planeta. Istina, pronađena planeta je preblizu zvijezdi, a temperatura na površini je više od 400 ° C. Zanimljivo je da je planet pronađen kada obrađuju podatke iz teleskopa Kepler pomoću neuronske mreže.

Završetak Misije Cassini

Slika Saturnovih prstenova, dobivena pomoću aparata "Cassini". pogled: Institut za znanost o prostoru / Jpl-caltech / nasa

Dana 15. rujna, 13-godišnja poslastica Cassini svemirska sonda završila je na površini Saturna. Pokrenut 1997. godine, od 2004. godine istražuje sedmog planeta, prenosi na Zemlju ogromnu količinu podataka i jedinstvene fotografije. Posljednja faza njegova života – "Big Final" započela je 26. travnja 2017. godine. Cassini je napravio 22 leta između planeta i unutarnjeg prstena.Takvi duboki "uroni" dali su mnogo novih informacija, osobito o električnim i kemijskim vezama Saturnove ionosfere s prstenima.

Na temelju podataka iz sonde u 2017. godini, astronomi su zaključili da su Saturnovi prsteni mnogo mlađi od planeta, stara oko 4,5 milijardi godina. Starost prstenova procjenjuje se na 100 milijuna godina, stoga su suvremenici dinosaura.

Istraživači su odlučili "ispustiti" sondicu na planetu kako ne bi slučajno doveli zemaljske bakterije Saturnovim Titanovim i Enceladusovim satelitima, gdje bi mogli biti lokalni mikroorganizmi.

Quark termonuklearni

U studenom u časopisu priroda Pojavio se članak u kojem su dva fizičara iz Sjedinjenih Država i Izraela teoretski predložila mogućnost reakcije slične termonuklearnoj razini na kvarkovoj razini, ali s značajno većim otpuštanjem energije. Kao što je dobro poznato, tijekom termonuklearne reakcije, svjetlosni elementi se spajaju s oslobađanjem energije. Slična se reakcija može dogoditi u sudaru elementarnih čestica, koje se prema modernim konceptima sastoje od kvarkova. U tom slučaju, kvarkovi čestica koje se sudaraju međusobno će se međusobno razmjenjivati ​​i grupirati. Kao rezultat toga, pojavit će se nova čestica s drugačijom energijom kvarkova, a energija će se osloboditi.

Istraživači su pokazali dvije moguće reakcije.U prvom od tih, kad se dva čarobna kvarkova spoji, energija od 12 MeV će biti oslobođena. Na udubljenju dvaju nižih kvarkova treba se osloboditi 138 MeV, što je gotovo osam puta više nego u zasebnoj fuzije deuterija i tricijuma u termonuklearnoj reakciji (18 MeV). Praktična primjena ovih pretpostavki još se ne razmatra zbog malenosti života kvarkova.

Excitoni su se uspjeli kondenzirati

U prosincu, tim fizičara iz SAD-a, Velike Britanije i Nizozemske najavio je otkriće novog oblika materije, kojeg su nazvali uzbuđenjem. Ekscitacija kvazi-čestica – određeno uzbuđeno stanje kristala, koje se može predstaviti kao spoj elektrona i rupu nalik atomu vodika – predvidio je 1931. sovjetski fizičar Jacob Ilich Frenkel.

Uzbuna pripada bosonima, česticama s cijelim spinom, a na dovoljno niskoj temperaturi, sustav bozona ide u posebnu zvanu kondenzat, u kojem su sve čestice u istom kvantnom stanju i ponašaju se kao veliki kvantni val. Zbog toga Bose tekućina postaje superfluidna ili supravodljiva. Istraživači uspiju otkriti Bose kondenzat excitona u 1T-TiSe kristalima2.

Otkriće je važno za daljnji razvoj kvantne mehanike, au praksi se može upotrijebiti supravodljivost i ekscitacijska superfluidnost.


Like this post? Please share to your friends:

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