29 декабря 2017, 17:10

10 самых ярких достижений физики 2017 года

Декабрь – время подводить итоги. Редакция проекта "Вести.Наука" отобрала для вас десять самых интересных новостей, которыми нас в уходящем году порадовали физики.

29 декабря 2017, 09:48

Сбербанк зашифровался. Компания провела квантовую линию между офисами

В России впервые переданы банковские данные по линии, которая абсолютно защищена от подключения злоумышленников с помощью квантовых технологий

Выбор редакции
28 декабря 2017, 21:00

Физики нашли способ незаметно следить за квантовыми частицами

Петр ГромовСпециалистам Кембриджского университета удалось то, что раньше считалось невозможным в мире квантовой физики: наблюдать за движением квантовых частиц незаметно для них. Сделать это удалось через измерение их взаимодействия с окружающей средой.Одной из фундаментальных предпосылок квантовой теории является то, что квантовые объекты могут существовать и как волны, и как частицы, и что они не существуют в каком-либо из этих состояний, пока не будут измерены. Это доказал Эрвин Шредингер в своем известном эксперименте с котом в коробке.До сих пор эта предпосылка, известная как волновая функция, существовала скорее как математический инструмент, поэтому Дэвид Арвидссон-Шукур вместе со своими коллегами, соавторами опубликованной в журнале Physical Review A статьи, решил разработать метод слежения за «тайными» движениями квантовых частиц.Основатели современной физики не объяснили, что делает квантовая частица, когда на нее не смотрят. Ученые Кембриджа предположили, что всякая частица, движущаяся в пространстве, будет взаимодействовать со своим окружением. Эти взаимодействия, которые кодируют информацию в частицах, они назвали «метками» частицы. Их можно расшифровать в конце эксперимента, во время измерения частицы.Исследователи обнаружили, что информация, зашифрованная в частицах, напрямую связана с волновой функцией, которую Шредингер постулировал сто лет назад. Ранее волновая функция считалась абстрактным инструментом вычислений для предсказаний результатов квантовых экспериментов, пишет Phys.org.«Наш результат наводит на мысль, что волновая функция тесно связана с актуальным состоянием частиц, — говорит Арвидссон-Шукур. — Так что мы смогли исследовать „запретную область“ квантовой механики: отметить путь движения квантовых частиц, который они проходят, пока никто на них не смотрит».Год назад американским ученым удалось записать на камеру квантовый эффект, иллюстрирующий парадокс кота Шредингера. Вместо кота и синильной кислоты они использовали молекулы йода и лазер, а затем создали голограмму возбужденного состояния и сняли результат на видео.Источник

Выбор редакции
27 декабря 2017, 08:16

Десять научных историй 2017 года, которые покажутся вам фантастическими

И вот настало время сесть, оглянуться, глубоко вдохнуть и просмотреть заголовки научных статей, которые мы могли упустить. Ученые постоянно радуют нас новыми разработками в различных областях. Нанотехнологии, генная терапия, квантовая физика — это сферы, за которыми невозможно следить без восхищения. Постепенно заголовки статей становятся все больше и больше похожими на фантастические. Уже не терпится узнать, что нам представит 2018 год. А пока…

Выбор редакции
25 декабря 2017, 21:27

10 научных историй 2017 года, которые покажутся вам фантастическими

И вот настало время сесть, оглянуться, глубоко вдохнуть и просмотреть заголовки научных статей, которые мы могли упустить. Ученые постоянно радуют нас новыми разработками в различных областях. Нанотехнологии, генная терапия, квантовая физика — это сферы, за которыми невозможно следить без восхищения. Постепенно заголовки статей становятся все больше и больше похожими на фантастические. Уже не терпится узнать, что нам представит 2018 год. А пока… читать далее

Выбор редакции
25 декабря 2017, 21:18

10 научных историй 2017 года, которые покажутся вам фантастическими

Ученые постоянно радуют нас новыми разработками в различных областях. Нанотехнологии, генная терапия, квантовая физика — это сферы, за которыми невозможно следить без восхищения. Постепенно заголовки статей становятся все больше и больше похожими на фантастические. Уже не терпится узнать, что нам представит 2018 год....

21 декабря 2017, 17:50

Астрономы разглядели загадочную нить в самом центре Галактики

Международная команда учёных получила уникальные изображения таинственного объекта: длинной и тонкой "нити" рядом со сверхмассивной чёрной дырой в центре Млечного Пути. Рассказываем, при чём тут теория струн.

Выбор редакции
21 декабря 2017, 16:48

Российские физики повысили энергию света, отобрав у него фотоны

Учёные разработали установку, которая позволяет "отщипывать" от света фотоны буквально по одному и при этом пристально следить за его состоянием. Поразительно, но энергия света при этом увеличивается, а не уменьшается.

Выбор редакции
20 декабря 2017, 20:25

Прорыв в квантовых вычислениях поможет ускорить борьбу с раком и изменением климата

Ученые считают, что прорыв в применении квантовой теории к вычислениям может открыть путь к решению проблем глобального потепления и лечения рака. Учёные во всем мире давно пытались разработать вычислительный чип на основе квантовых  взаимодействий. Но только сейчас инженеры из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) заявили, что они смогли преодолеть все трудности на этом пути. По словам одного специалиста в компьютерных науках, это может быть большим по значимости достижением, чем высадка на Луну. Здесь будут использоваться «запутывание» и «суперпозиция» — два основных принципа квантовой физики — для расширения двоичного кода и сохранение сразу нескольких значений. И поэтому такой чип может одновременно выполнять несколько операций. Это означает, что он способен решать сложные задачи в миллионы раз быстрее традиционных компьютеров.

Выбор редакции
20 декабря 2017, 10:01

Прорыв в квантовых вычислениях поможет ускорить борьбу с раком и изменением климата

Прорыв в применении квантовой теории к вычислениям может открыть путь к решению проблем глобального потепления и лечения рака. Учёные во всем мире давно пытались разработать вычислительный чип на основе квантовых взаимодействий, но только теперь инженеры из Университета Нового Южного Уэльса смогли преодолеть все трудности на этом пути

19 декабря 2017, 08:53

10 научных открытий 2017 года, которые звучат как фантастика

Заканчивается очередной год, и кажется, что пришло время в очередной раз присесть, сложить свои руки, глубоко вздохнуть и посмотреть на некоторые из заголовков научных статей, на которые мы, возможно, ранее не обращали внимание. Учёные постоянно создают какие-то новые разработки в различных областях, таких как нанотехнологии, генная терапия или квантовая физика, и это всегда открывает новые горизонты. Заголовки научных статей начинают всё больше напоминать названия рассказов из научно-фантастических журналов. Учитывая то, что нам принёс 2017 год, остаётся только с нетерпением дожидаться, что принесёт нам 2018-й…

15 декабря 2017, 12:28

Специалисты по квантовой физике создали самую лёгкую жидкость во Вселенной

Ученые из Каталонии "вырастили" капли квантовой жидкости, которые обладают необычными свойствами и имеют рекордно низкую плотность, говорится в статье, опубликованной в журнале Science. "Наши калиевые капли во многом похожи на обычные капли воды – они обладают вполне определенными размерами, формой и массой, вне зависимости от того, куда бы мы их...

14 декабря 2017, 09:00

Квантовая система как голограмма

Ученые из Математического института имени В.А. Стеклова РАН Ирина Арефьева, Мария Тихановская и Михаил Храмцов изучили, как устанавливается тепловое равновесие в квантовой системе, не взаимодействующей с окружающей средой. Поведение такой системы описывается с помощью голографического подхода как столкновение пары частиц, которое порождает черную дыру. Полученные данные не только свидетельствуют о возможности трактовки некоторых квантовых явлений в рамках классической гравитационной физики, но и помогают объяснить явления, происходящие в ускорителях при столкновениях тяжелых ионов. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ) и опубликована в Journal of High Energy Physics, кратко о ней сообщает пресс-релиз РНФ. Фото авторов работы. Слева направо: И.Я. Арефьева, М.А. Храмцов, М.Д. Тихановская. Источник: Михаил Храмцов Большинство физических явлений, с которыми мы встречаемся в обычной жизни, описываются законами классической механики. Они применимы к макроскопическим системам, но на уровне атомов, фотонов и электронов оказываются несостоятельными. Здесь на помощь приходит квантовая физика со своими особыми принципами. Понятия температуры и теплового равновесия, совершенно привычные в жизни, где мы взаимодействуем с классическими объектами, на квантовом уровне приобретает новый смысл. Замкнутая (не взаимодействующая с окружающей средой), изначально неравновесная квантовая система из многих взаимодействующих частиц может перейти в состояние, для наблюдателя неотличимое от теплового равновесия. Этот переход, называемый термализацией, выполняется при условии, что взаимодействие между частицами достаточно сильное. «В данной работе выполнено теоретическое исследование процесса установления термодинамического равновесия в замкнутой квантовой системе после двух точечных возбуждений. Обычно задачи квантовой физики разрешаются с применением аппарата квантовой теории поля, однако мы исследовали систему в режиме сильного взаимодействия, при котором основные методы квантовой теории поля неприменимы. Мы использовали подход, основанный на голографическом принципе. Он состоит в том, что квантовая двумерная система, которая «живет» на границе специального искривленного 3D-пространства, называемого пространством анти-де Ситтера, может быть описана внутри него классической гравитационной физикой. Таким образом, трехмерное пространство вместе со всем, что происходит внутри, играет роль голограммы, иллюстрирующей происходящее непосредственно в нашей физической системе. Согласно общим соображениям голографического метода, голограммой для термализации системы после двух точечных возбуждений является процесс образования черной дыры в результате столкновения двух частиц внутри пространства анти-де Ситтера», – рассказывает один из авторов работы, аспирант Математического института имени В.А. Стеклова РАН Михаил Храмцов. Схематичное изображение изучаемого процесса. Физическаяквантовая система живет на двухмерной границе цилиндра, внутренностьюкоторого является пространство анти-де Ситтера. В начальный моментвремени создаются два возбуждения на границе, которые рождают паручастиц, летящих навстречу друг другу. Внутри пространства анти-деСиттера частицы сталкиваются, образовывая черную дыру. Этосоответствует установлению теплового равновесия в системе на границе.Источник: Михаил Храмцов Хотя используемые в работе методы являются чисто теоретическими, изучаемую модель можно воспроизвести, рассмотрев следующую экспериментальную ситуацию. Представим некий набор атомов, запертых в специальном устройстве, магнитной ловушке, при очень низкой температуре. В идеальном случае, если позволяет оборудование, температура близка к абсолютному нулю, при котором колебания и хаотическое движение частиц прекращаются. Теперь одновременно облучим два отдельных удаленных друг от друга атома с помощью лазеров: они получат излишек энергии, который им необходимо как-то израсходовать. Единственный выход для частиц в ловушке – переизлучить его в виде тепла или света. При этом соседние атомы вынужденно поймают испускаемую энергию. Они, в свою очередь, будут передавать возбуждение уже своим соседям и так далее. С течением времени система равномерно распределит полученную энергию по всем своим составляющим и придет в состояние теплового равновесия. По сути, даже сильно удаленные и, казалось бы, никак не связанные атомы начинают оказывать влияние друг на друга – проявляется распространение так называемой квантовой запутанности. Ученые провели детальное исследование этого явления в своей модели и выяснили, что оно имеет ряд интересных свойств. В частности, было показано, что вдали от источников возбуждений квантовая запутанность распространяется волновым образом с четко определенной скоростью. «Термализация замкнутых квантовых систем является одним из важных актуальных направлений как теоретических, так и экспериментальных исследований. Наша работа, по существу, предлагает новый метод экспериментального исследования, который может быть использован при описании процессов разогрева кварк-глюонной плазмы (высокотемпературной смеси свободных кварков и глюонов), которая образуется при столкновениях тяжелых ионов на таких ускорителях, как Большой адронный коллайдер и релятивистский коллайдер RHIC. В дальнейшей работе перспективными являются направления, как связанные с изучением термализации более сложных начальных состояний, так и относящиеся к детальному изучению связи с проблемой потери информации в черных дырах и неравновесной физикой квантовых систем», – заключает Михаил Храмцов. В России только группа в Математическом институте имени В.А. Стеклова РАН под руководством профессора И.Я. Арефьевой целенаправленно проводит исследования в направлении теоретического изучения сложных систем вне рамок квантовополевой теории возмущений голографическим методом. Ученые надеются, что в рамках проектов РНФ им удастся привлечь к исследованию больше молодых коллег.

Выбор редакции
10 декабря 2017, 09:00

Исследователям удалось экспериментально обратить направление ‘стрелы времени’

Второе начало термодинамики постулирует, что в изолированной системе энтропия со временем только растёт, и тепло передаётся от более тёплых тел к более холодным. Но недавний эксперимент, проведённый международной группой, указывает, что термодинамическая стрела времени не является абсолютно верной концепцией.

Выбор редакции
08 декабря 2017, 16:22

Исследователям удалось экспериментально обратить направление ‘стрелы времени’

Необычный эксперимент международной группы учёных показал, что 'стрелу времени' можно развернуть, не нарушая второй закон термодинамики

02 декабря 2017, 14:36

США испугались китайского "Jinan Project"

"Jinan Project" КНР - самый опасный вызов для американцев, считает советник сенатора Джона Маккейна и специалисты по квантовой физике...

01 декабря 2017, 07:52

Проект «Цзинань» поставит Америку на колени

Пекин объявил о запуске своего уникального проекта «Цзинань» по созданию первой в мире «невзламываемой» компьютерной сети на совершенно иных принципах, чем оптоволоконная технология и компьютеры на чипах. Напомним, в городе Цзинань ввели в строй квантовый вычислитель, который должен связать по квантовой сети Пекин и Шанхай. Это стало возможным после того, как китайские ученые провели испытания своего «квантового спутника», который западные военные аналитики назвали «жутким».

30 ноября 2017, 19:02

Китайскому спутнику удалось обнаружить потенциальные следы темной материи

Темная материя может распадаться в окрестностях орбиты Земли.

Выбор редакции
30 ноября 2017, 17:35

Как это работает? | Квантовый компьютер

Квантовый компьютер — это вычислительное устройство, которое использует явления квантовой механики для передачи и обработки данных. Идея квантовых вычислений была независимо предложена Юрием Маниным и Ричардом Фейнманом в начале 80-х годов прошлого века. С тех пор была проделана колоссальная работа по созданию квантового компьютера. Однако полноценный универсальный квантовый компьютер все еще является гипотетическим устройством, возможность […]

29 ноября 2017, 14:09

Китай добьет Америку страшной игрушкой

КНР станет мировым гегемоном благодаря квантовой сети будущего

05 сентября 2016, 18:00

"Волшебный двигатель" отправят в космос

Спутник компании Cannae из шести юнитов CubeSatОживленное обсуждение вызвал в свое время пост про Безтопливный двигатель работает, но никто знает почему. Я всегда был сторонником того, что спор должен решится конкретным фактом использования или просто временем. Что касается именно этого двигателя, то похоже развязка приближается. Вот немного в продолжении этой темыЭксперты и энтузиасты с 2003 года спорят о возможности существования гипотетического «волшебного» электромагнитного двигателя EmDrive. Принцип его работы очень простой: магнетрон генерирует микроволны, энергия их колебаний накапливается в резонаторе высокой добротности, а факт наличия стоячей волны электромагнитных колебаний в замкнутом резонаторе специальной формы является источником тяги. Так создаётся тяга в замкнутом контуре, то есть в системе, полностью изолированной от внешней среды, без выхлопа.При желании, собрать свой собственный EmDrive может любой желающий, у которого есть паяльник и ненужная микроволновка.С одной стороны, этот двигатель вроде бы нарушает закон сохранения импульса, на что указывают многие физики. С другой стороны, британский изобретатель Роджер Шойер (Roger Shawyer) свято верит в работоспособность своего EmDrive — и у него много сторонников (см. несколько сотен страниц обсуждений на форуме NASASpaceFlight). Проведённые испытания на Земле (результаты 22 зарегистрированных испытаний) как будто подтверждают работоспособность EmDrive.Наконец пришло время положить конец спорам.--------------------------------------------Окончательную точку в спорах намерен поставить Гвидо Петта (Guido Fetta) — единомышленник Шойера и конструктор ещё одного гипотетического двигателя Cannae Drive, который работает на том же принципе: генерация микроволн и создание тяги в замкнутом контуре без выхлопа.17 августа 2016 года Гвидо Петта объявил, что намерен запустить экспериментальный образец Cannae Drive на орбиту — и проверить его в действии. Гвидо Петта является исполнительным директором компании Cannae Inc. Сейчас компания Cannae Inc. лицензировала технологию электромагнитного двигателя фирме Theseus Space Inc., которая выведет на низкую околоземную орбиту спутник CubeSat.Среди основателей компании Theseus Space — сама Cannae Inc., а также малоизвестные фирмы LAI International, AZ и SpaceQuest.Дата запуска пока не объявлена. Возможно, энтузиастам удастся собрать деньги и построить экспериментальный аппарат в 2017 году.Единственная задача этого спутника — испытания двигателя Cannae Drive в течение шести месяцев. Спутник попробует передвинуться с помощью электромагнитной тяги Cannae Drive.Разработчики Cannae Drive заявляют, что их двигатель способен генерировать тягу до нескольких ньютонов и «более высоких уровней», что лучше всего подходит для использования в маленьких спутниках. Двигателю не требуется топлива, у него нет выхлопа.Объём двигателя на спутнике CubeSat — не более 1,5 юнитов, то есть 10×10×15 см. Источник питания — менее 10 Вт. Сам спутник будет состоять из шести юнитов.Спутник компании CannaeСразу после успешной демонстрации на орбите компания Theseus Space намерена предложить новый двигатель сторонним производителям для использования на других спутниках.По расчётам Cannae, более массивная версия электромагнитного двигателя весом 3500 кг способна доставить груз массой 2000 кг на расстояние 0,1 светового года за 15 лет. Общая масса такого аппарата вместе с системами охлаждения и другими деталями составит 10 тонн.Испытания электромагнитного двигателя Cannae с гелиевым охлаждениемЕсли работоспособность двигателя подтвердится в результате надёжного повторяемого научного эксперимента, то учёным придётся найти объяснение этому феномену. Сам Роджер Шойер предполагает, что принцип работы двигателя основан на специальной теории относительности. Двигатель преобразовывает электричество в микроволновое излучение, которое испускается внутри закрытой конической полости, что приводит к тому, что микроволновые частицы прилагают к большей, плоской части поверхности полости, большее усилие, чем в более узком конце конуса, и тем самым создают тягу.Шойер уверен, что такая система не противоречит закону сохранения импульса.Гвидо Петта предлагает похожее объяснение в описании патента США № 20140013724, упоминая силу Лоренца — силу, с которой электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу.Исследователи НАСА, которые испытывают EmDrive, предполагают, что тяга создаётся благодаря «квантовому вакууму виртуальной плазмы» частиц, которые появляются и исчезают в замкнутом контуре пространства-времени. То есть систему на самом деле не изолированная, поэтому она не нарушает закон сохранения импульса благодаря эффектам квантовой физики.Собрать прототип может любой желающий, буквально из нескольких кусков меди и старого магнетрона от китайской микроволновки. Соблюдать какие либо пропорции точно не требуется.Достаточно, что-бы получившаяся конструкция была условно конической формыРазработка EmDrive в целом игнорируется научным сообществом, хотя некоторые эксперименты всё-таки проводятся. Например, в 2012 году группа китайских физиков опубликовала результаты измерений тяги электромагнитного двигателя, которая составила 70-720 мН при мощности микроволнового излучателя 80-2500 Вт, при ошибке измерений менее 12%. Это слегка превышает тягу ионного двигателя, сопоставимой массы и энергетической мощности.Энтузиасты уверены: если EmDrive работает, то в перспективе станет возможным создание не только эффективных космических двигателей, но и летающих автомобилей, а также кораблей, самолётов — любого транспорта на электромагнитной тяге.Компания Cannae — не единственная, кто хочет проверить работу электромагнитного двигателя в космосе. Немецкий инженер Пол Коцыла (Paul Kocyla) сконструировал маленький карманный EmDrive, а сейчас собирает деньги в рамках краудфандинговой кампании. Чтобы запустить прототип в космос на мини-спутнике PocketQube, требуется 24 200 евро. За три месяца удалось собрать 585 евро.Прототип EmDrive немецкого инженера Пола КоцылыНедавно научные работы Шойера были опубликованы в открытом доступе. «По всему миру люди измеряли тягу. Одни строили двигатели у себя в гаражах, другие — в крупных организациях. Все они выдают тягу, тут нет великой тайны. Кто-то думает, что здесь некая чёрная магия, но это не так. Любой нормальный физик должен понять, как оно работает. Если кто не понимает, ему пора менять работу», — категорично заявил британский инженер.источник

23 ноября 2015, 16:50

Новые квантово-фотонные чипы - путь для создания технологий безопасных оптических коммуникаций

Исследователи из Королевского мельбурнского технологического университета (RMIT University in Melbourne) уже достаточно давно занимаются разработкой квантовых технологий, призванных обеспечить работу безопасных коммуникационных систем и квантовых вычислительных систем. А недавно группе, работающей на экспериментальной установке RMIT MicroNano Research Facility и возглавляемой профессором Дэвидом Моссом (David Moss) удалось добиться реализации технологии создания запутанных пар фотонов, технологии, которая умещается на поверхность кристалла крошечного чипа.читать далее

Выбор редакции
23 октября 2015, 15:35

Создан материал, в котором свет движется фантастически быстро

Сотрудники Гарвардского университета разработали средства управления светом на наноуровне. Технология в будущем может использоваться для замены электронных коммуникаций фотонными, а значит, это ещё один шаг от традиционных компьютеров к квантовым. В основе метаматериала – кремниевые стойки, погруженные в полимер и покрытые золотой пленкой. Показатель преломления материала близок к нулю – это означает, что свет проходит сквозь него бесконечно быстро, при этом никакие законы физики не нарушаются. Как известно из школьного курса физики, скорость света, равная 299 792 458 м/с, является самой быстрой во Вселенной. Однако при анализе явлений может рассматриваться и фазовая скорость света, с которой движутся гребни световой волны. Оценка фазовой скорости позволяет понять, насколько длина световой волны сокращается или увеличивается в процессе прохождения через материал. К примеру, если вы направите световой луч в воду, то длина его волны уменьшится по сравнению с соответствующим значением в воздухе, потому что оптическая плотность воды в 1,3 раза выше, чем у воздуха. И, напротив, если источник света находится на дне бассейна, то при выходе светового луча из воды длина волны увеличивается. Если вы располагаете материалом, показатель преломления которого равен нулю,  ситуация в корне меняется. Когда свет проходит сквозь него, гребни и впадины волны растягиваются, стремясь к бесконечности, и колебания рассматриваются уже не как фактор времени, но пространства. За счет выравнивания волны светом проще управлять без потери энергии. И промышленный потенциал разработки фактически безграничен – это и квантовые компьютеры, и сверхскоростные телекоммуникационные системы, и другие высокотехнологичные решения.

05 октября 2015, 22:25

Прорыв: представлен первый модуль квантового процессора

Полноценный вычислительный модуль, созданный австралийскими физиками, включает пару кремниевых кубитов и способен выполнять операции класса ИЛИ. По словам ученых, это серьезный шаг к реализации универсального квантового компьютера, производительность которого будет значительно выше традиционных современных аналогов. Над созданием компонентов для квантового компьютера Эндрю Дзурак и Андреа Морелло из университета Нового Южного Уэльса работают на протяжении нескольких лет. В 2010 году ученые представили первый одноэлектронный квантовый транзистор, спустя два года – кремниевый кубит, в основе которого лежал атом фосфора. В 2013 году технологию создания кремниевого кубита австралийские исследователи  обновили, собрав принципиально новую версию компонента, позволяющую считывать данные с него со 100% точностью и остающуюся стабильной в течение длительного времени. Фактически после этого ученым оставалось лишь придумать способ объединения подобных кубитов, применяя для этого полупроводниковые технологии, на которых построены и сами ячейки памяти квантового компьютера. Первоначально налаживать связь между отдельными кубитами получалось лишь при помощи сверхпроводников или же при сверхнизких температурах. Решение было найдено: в кубите атом фосфора заменили атомом редкого изотопа кремния - кремния-29. Структура кубита была изменена таким образом, что он стал ближе к обычному полевому транзистору, который используется практически во всех компьютерных процессорах. Расположив новые кубиты рядом и соединив друг с другом их затворы, физики смогли объединить ячейки памяти. Новая структура, созданная ими, называется CNOT-вентилем и является аналогом устройства, которое в классических микросхемах выполняет операцию ИЛИ.

19 сентября 2015, 18:38

Вопрос науки. Перезапуск коллайдера на новых мощностях

В ЦЕРНе работают над проектом SHIP, направленным на поиск частиц темной материи. Наступила вторая стадия эксперимента. Протоны движутся на пять метров в секунду быстрее, чем на первом этапе. Что означают пять метров в секунду в терминах скорости протонов? Из чего состоит темная материя? И почему современная теория об устройстве Вселенной не предусматривает частиц, из которых она могла бы состоять? Будьте в курсе самых актуальных новостей! Подписка на офиц. канал Россия24: http://bit.ly/subscribeRussia24TV Последние новости - http://bit.ly/LastNews1 Вести в 11:00 - https://bit.ly/Vesti11-00-2015 Вести. Дежурная часть - https://bit.ly/DezhChast2015 Большие вести в 20:00 - http://bit.ly/Vesti20-00-2015 Вести в 23:00 - https://bit.ly/Vesti23-00-2015 Вести-Москва с Зеленским - https://bit.ly/VestiMoskva2015 Вести в субботу с Брилёвым - http://bit.ly/VestiSubbota2015 Вести недели с Киселёвым - http://bit.ly/VestiNedeli2015 Специальный корреспондент - http://bit.ly/SpecKor Воскресный вечер с Соловьёвым - http://bit.ly/VoskresnyVecher Поединок - https://bit.ly/Poedinok2015 Интервью - http://bit.ly/InterviewPL Реплика - http://bit.ly/Replika2015 Агитпроп - https://bit.ly/AgitProp Война с Поддубным - http://bit.ly/TheWar2015 Военная программа Сладкова - http://bit.ly/MilitarySladkov Россия и мир в цифрах - http://bit.ly/Grafiki Документальные фильмы - http://bit.ly/DocumentalFilms Вести.net - http://bit.ly/Vesti-net Викторина с Киселевым - https://bit.ly/Znanie-Sila

04 сентября 2015, 13:18

Субатомная конкуренция сверхдержав в погоне за сверхвозможностями

Квантовые технологии в будущем обещают невероятные возможности тем, кто сможет подчинить себе мир субатомных частиц. Однако даже просто наблюдение за субатомными частицами невероятно сложно, поскольку их поведение разнится в зависимости от того, наблюдают за ними или нет

27 июля 2012, 15:41

Краткое руководство по применению бозона Хиггса в застольной беседе

Оригинал взят у std121 в Краткое руководство по применению бозона Хиггса в застольной беседеhttp://science.compulenta.ru/692043/Краткое руководство по применению бозона Хиггса в застольной беседе Дмитрий Целиков Итак, учёные, работающие с крупнейшим в мире ускорителем, объявили об открытии субатомной частицы, которая выглядит удивительно похожей на долгожданный бозон Хиггса. СМИ всего мира сбились с ног, разъясняя, что это значит, публике, со школы не державшей в руках учебник по физике. Британская The Guardian даже предложила читателям выучить набор фраз, которыми надлежит пользоваться в присутствии ничего не понимающих родителей, всё понимающих физиков или равнодушных к происходящему верующих.Если вы действительно хотите произвести впечатление, то выражайтесь примерно так: «Бозон Хиггса является элементарной скалярной частицей, впервые постулированной в 1962 году как возможный побочный механизм, с помощью которого гипотетическое повсеместно присутствующее квантовое поле — так называемое поле Хиггса — придаёт массу элементарным частицам. Если быть более точным, в Стандартной модели физики элементарных частиц существование бозона Хиггса объясняет происхождение спонтанного нарушения электрослабой симметрии в природе».Джо Инкандела (коллаборация CMS) и Фабьола Джанотти (коллаборация ATLAS) объявляют об открытии нового бозона, который сильно напоминает частицу Хиггса. (Здесь и ниже фото CERN / CMS Collaboration.)Людям, честно пытающимся понять, почему физики прыгают от радости, но очень слабо знакомым с наукой, можно предложить такое объяснение: «Всё состоит из атомов, внутри атомов находятся электроны, протоны и нейтроны, которые, в свою очередь, состоят из кварков и других субатомных частиц. Учёные долго ломали голову над тем, каким образом эти крошечные строительные блоки Вселенной приобретают массу, ведь без массы частицы не могли бы удерживаться вместе и в мире ничего бы не было: все частицы продолжали бы лететь со скоростью света».Если вопросы не иссякнут, продолжайте так: «В 1960-х годах английский физик Питер Хиггс и две независимые от него и друг от друга исследовательские группы из Бельгии и США выдвинули гипотезу о существовании частицы, создающей особое "липкое" поле, которое тормозит остальные частицы. Эксперименты, проведённые в Европейском центре ядерных исследований (CERN) на Большом адронном коллайдере, в ходе которых элементарные частицы сталкивались на огромных скоростях и распадались на другие частицы, позволили обнаружить намёк на существование частицы, которая очень похожа на предсказанный бозон Хиггса».Далее не забудьте рассказать о том, что хиггсовская частица входит в огромное количество уравнений, лежащих в основе теорий, которые объясняют существование мироздания в том виде, в каком мы его имеем здесь и сейчас. Если бы гипотеза о бозоне Хиггса оказалась ошибкой, все эти теории пришлось бы кардинальным образом пересмотреть. В то же время вам следует отметить, что характеристики обнаруженной частицы слегка расходятся с предсказаниями Стандартной модели физики элементарных частиц. Это даже хорошо, ибо тем самым появляется возможность новых открытий, в том числе в рамках теории суперсимметрии, которая говорит о том, что частицы существуют не в парах (материя — антиматерия), а в четвёрках.О важности открытия можно судить и по высказыванию Мартинуса Велтмана, лауреата Нобелевской премии 1999 года, который в своё время заявил, что до обнаружения бозона Хиггса в рамках Стандартной модели сделать больше ничего нельзя.Франсуа Энглер (слева) и Питер Хиггс принимают поздравления.Затем подуставший собеседник, скорее всего, поинтересуется, какая из этого следует выгода. Если он не страдает слабоумием и хотя бы немного образован, ему не надо объяснять, что жизнь человека не ограничивается исключительно практической деятельностью, а потому не имеет смысла требовать этого от науки. Но заданный вопрос имеет право на существование, и вы можете с чистой совестью сказать, что прямых практических следствий у этого открытия нет. Но косвенным образом именно поиск бозона Хиггса в значительной степени перевернул нашу жизнь. Дело в том, что этим занимались тысячи учёных и вспомогательный персонал со всего мира. Им надо было сделать более эффективным процесс обмена информацией — так появилась Всемирная паутина, то есть всем нам знакомый Интернет. Кроме того, приходилось обрабатывать огромные объёмы данных — в результате была разработана технология распределённых вычислений, когда задачу, непосильную для одного компьютера, решают сотни и тысячи машин, разбросанных по всему миру. Наконец, поиск бозона Хиггса позволил сделать важные шаги в развитии методов захвата солнечной энергии, рентгенографии и протонной терапии, используемой в онкологии.Что же касается теоретического значения, то открытие бозона Хиггса способно пролить свет не только на вопросы физики элементарных частиц, но и на космологические проблемы, связанные с инфляционной моделью, барионной асимметрией, тёмной материей, ускорением расширения Вселенной.После этого уже не стыдно говорить о том, что Большой адронный коллайдер «съел» около $10 млрд.Питер Хиггс поздравляет Фабьолу Джанотти.В продолжение разговора, между делом, можете упомянуть, что 83-летний Питер Хиггс жив и сильно стесняется, когда бозон называют его именем. В то же время он как старый атеист не согласен и с обозначением бозона как «частицы Бога», в шутку предложенным физиком Леоном Ледерманом.Изо всей великолепной «шестёрки» учёных, постулировавших хиггсовскую частицу, скончался (да и то лишь в 2011-м, в 82 года) только бельгиец Роберт Браут. Его соратник Франсуа Энглер (79 лет) вместе с Хиггсом присутствовал в ЦЕРНе на объявлении исторических результатов. Живы и участники третьей группы — американцы Джеральд Гуральник (75), Карл «Дик» Хаген (75) и британец Том Киббл (80). Нобелевскому комитету предстоит трудная задача, ведь премию разрешается разделить только между тремя лауреатами. А почтить вниманием следует также заслуги тех, кто руководил экспериментами на Большом адронном коллайдере и анализом полученных данных. (И то, что Хиггс, Энглер и Браут в 2004-м получили Премию Вольфа, вторую по престижности после Нобелевской, не должно играть никакой роли, ибо наград мало не бывает.)К счастью для жюри, американец Филип Андерсон (88 лет и тоже жив), предложивший то, что позднее стало называться механизмом Хиггса, Нобелевскую премию уже получил — в 1977-м.Овация. Победно вскинул руку научный директор CERN Лин Эванс.Кстати, церемония (точнее, всего лишь семинар) в ЦЕРНе (и об этом тоже можете рассказать) совпала с проведением в Линдау (ФРГ) 62-й встречи лауреатов Нобелевской премии. Конечно, участники конференции не смогли обойти стороной это событие. Дэвид Гросс, награждённый в 2004 году, напомнил, что открыт не бозон Хиггса, а хиггсовская частица: «It’s not THE Higgs boson but A Higgs». Чтобы доказать, что это именно бозон Хиггса, предсказанный простейшим вариантом Стандартной модели, исследователям надо измерить (что вполне возможно в течение следующих трёх месяцев работы БАКа) две вещи — спин и скорость распада относительно массы парной частицы.Три месяца спустя БАК будет остановлен для планового ремонта на два года, а затем сможет работать на более высоких энергиях. Что дальше? Участники конференции указали друг другу на тот факт, что полученные результаты не только усиливают позиции Стандартной модели, но и поднимают новые вопросы. Г-н Гросс высказался в том духе, что впереди исследования «хиггсовского сектора». По его словам, коллайдер охватил пока лишь 2% событий, подлежащие регистрации в течение всей программы экспериментов, для которой его построили. Лучше всего, говорит г-н Гросс, свойства новой частицы прояснили бы столкновения электронов и позитронов, но осуществить это на БАКе очень трудно. Прекрасный повод для создания нового ускорителя!В центре — генеральный директор CERN Рольф Хойер.Подготовлено по материалам Ассошиэйтед Пресс, Франс Пресс, The Guardian и Scientific American.http://www.ria.ru/spravka/20120703/691050600.htmlИстория поисков бозона ХиггсаФизики Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) утром в среду поставили точку в полувековых поисках бозона Хиггса, сообщив о новых результатах, полученных на Большом адронном коллайдере.Бозон Хиггса - последний недостающий элемент современной теории элементарных частиц, так называемой Стандартной модели, объединяющей все виды взаимодействий, кроме гравитационного - сильное (связывающее кварки в протонах и нейтронах), слабое (взаимодействие между электронами и нейтрино) и электромагнитное. О факте существования бозона Хиггса, который отвечает за массу элементарных частиц, впервые высказал предположение английский физик Питер Хиггс в 1960-е годы.Устройство материи согласно Стандартной моделиСогласно принципам Стандартной модели, в момент рождения Вселенной после Большого взрыва частицы приобрели массу под действием Хиггсовского поля, сформированного бозонами Хиггса. Без этого поля не могло бы произойти образование атомов, а частицы, не имеющие массу, просто разлетелись бы по космическому пространству. Согласно теории, неуловимые бозоны Хиггса существуют везде. Через поле Хиггса, заполняющее пространство Вселенной, проходят абсолютно все частицы, из которых строятся атомы, молекулы, ткани и целые живые организмы.Обнаружить бозон Хиггса, который получил в СМИ название "частицы Бога", пока не удалось, хотя этим занимаются ученые многих стран. Если бозон Хиггса не будет обнаружен, это докажет ограниченность Стандартной модели. В результате возникнет необходимость поиска альтернативной теории происхождения массы в соответствии с так называемой новой физикой.Теория не позволяет точно установить массу бозона, поэтому для его обнаружения ученые прибегли к методу эксперимента. Массы частиц физики измеряют в единицах энергии - электронвольтах. Значение массы в 100 гигаэлектронвольт (ГэВ) примерно в 107 раз больше массы протона.Согласно теоретическим предсказаниям, бозон Хиггса распадается сразу же после рождения на разные частицы. Одним из способов ("каналов") такого распада может быть распад на два Z-бозона, четыре лептона (электрона или мюона), на два гамма-кванта. Поэтому в экспериментах регистрируются частицы - продукты распада бозона Хиггса, и уже по ним восстанавливается картина того, что произошло.Первые серьезные попытки отловить бозон Хиггса были предприняты на рубеже ХХ и ХХI веков на Большом электронно-позитронном коллайдере (Large Electron-Positron Collider, LEP) в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН).В результате многочисленных экспериментов на ускорителе LEP был установлен нижний порог массы бозона Хиггса - 114,4 гигаэлектронвольт. Эксперименты LEP были завершены в 2001 году.Следующие циклы поисков проводили на коллайдере Теватрон (Tevatron), построенном в 1983 году в Лаборатории имени Ферми (Fermilab), в штате Иллинойс, США. Энергия столкновений в нем составляла около 2 тераэлектронвольт.В 2004 году экспериментальным методом на Теватроне была установлена верхняя граница массы частицы Хиггса - 251 гигаэлектронвольт, а нижняя - 114 гигаэлектронвольт. В ноябре 2011 года цифры были скорректированы: 141 и 115 гигаэлектронвольт соответственно.Окончательные результаты Теватрона, завершившего свою работу осенью 2011 года, показали, что масса бозона Хиггса находится в интервале от 115 до 135 гигаэлектронвольт.Ученые рассчитывают, что найти частицу (или убедиться в том, что ее не существует) позволят эксперименты на Большом адронном коллайдере (Large Hadron Collider - LHC), созданном учеными из многих стран на площадке ЦЕРН в пригороде Женевы (Швейцария). Он является самым большим в истории ускорителем элементарных частиц и предназначен для получения принципиально новых данных о природе материи и фундаментальных физических законах. Одной из главных целей экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК) - поиск свидетельств существования бозона Хиггса.На этом ускорителе ученые сталкивают разогнанные до околосветовой скорости протоны, а затем следят за результатами - частицами и излучением, которые порождает столкновения.Ливни частиц и излучение, возникающие при столкновениях, фиксируют четыре специализированных детектора - два крупных (ATLAS и CMS) и два средних (ALICE и LHCb), которые расположены в точках пересечения пучков.Чем выше энергия протонов, тем больше шансов обнаружить следы интересных для физиков процессов, в частности, рождения бозона Хиггса. На Большом адронном коллайдере поисками бозона Хиггса независимо друг от друга занимаются две группы учёных, работающих на детекторах ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) и CMS (Compact Muon Solenoid).В 2010 году первыми положительными результатами работы коллайдера стало рождение четырех неустойчивых элементарных частиц - мюонов (неустойчивые элементарные частицы с отрицательным электрическим зарядом), образовавшихся в результате столкновения протонов. Физики предположили, что в цепочке превращений от протонов до мюонов промежуточным звеном мог быть неуловимый бозон Хиггса. В дальнейшем физики не сумели повторить успешный эксперимент по получению мюонов.Для "поимки" бозона Хиггса коллайдер должен набрать достаточно большую интегральную (накопленную) светимость, то есть накопить достаточно много данных о столкновениях частиц в ускорителе. Ранее физики заявляли, что порог, за которым коллайдер начнет "чувствовать" бозон Хиггса, находится на уровне пяти обратных фемтобарн. Пять обратных фемтобарн соответствуют примерно 350 квадриллионам столкновений протонов.Этот порог был перейден в октябре 2011 года и к концу протонного сеанса интегральная светимость на детекторе ATLAS и детекторе CMS достигла уже 5,7 и 5,5 фемтобарн.В октябре 2011 года СМИ сообщили, что согласно завершившимся исследованиям группы ученых Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН и Кёльнского университета, спектральный индекс космологических возмущений согласуется с наблюдениями, если хиггсовская масса лежит в интервале от 136 до 185 гигаэлектронвольт, в пределах которого предполагается открытие хиггсовской частицы на детекторе ATLAS. Обе границы этого интервала определены из экспериментальных данных спутника WMAP, а не из чисто теоретических ограничений.Опираясь на данные, собранные спутником WMAP, физики изучили спектральные особенности реликтового излучения,. В 2008 году один из участников исследовательской группы Андрей Барвинский из Физического института им. П.Н. Лебедева предположил, что границы окна поиска массы и других параметров бозона Хиггса можно значительно сузить, изучив особенности фонового микроволнового излучения космоса, которое хранит в себе "след" событий в первые мгновения жизни Вселенной.По расчетам ученых, расширение ранней Вселенной могло идти совершенно различными путями, в зависимости от массы бозона Хиггса. Как отмечают исследователи, расширение материи "отпечаталось" в реликтовом излучении, что позволяет оценить правдоподобность того или иного сценария Большого взрыва.В декабре 2011 года группы ученых ATLAS и CMS заявили, что видят некоторые "намеки" на бозон Хиггса. Тогда физики, работающие на детекторе ATLAS, объявили, что видят некоторое превышение сигнала над фоном в интервале от 116 до 130 гигаэлектронвольт. Статистическая значимость такого превышения около значения 126 гигаэлектронвольт составляла 2,8 сигма, то есть вероятность случайных флуктуаций (от лат. fluctuatio - колебание) составляет 1 к 144 (но для открытия требуется значение 5 сигма - 1 к 3,5 миллиона). Группа, работающая на детекторе CMS, сообщила о признаках существования бозона Хиггса в области масс между 115 и 127 гигаэлектронвольт.В июне 2012 года количество столкновений и плотность потока протонов в Большом адронном коллайдере были доведены до уровня, при котором в ускорителе должен рождаться и распадаться на другие частицы один бозон Хиггса в час - если, конечно, он существует.В конце июня 2012 года в блоге математика Питера Войта (Peter Woit) из Колумбийского университета в Нью-Йорке (США) появилась информация о параметрах бозона Хиггса, якобы полученных на двух главных детекторах коллайдера - ATLAS и CMS. Согласно этим данным, анализ всего объема данных, полученных коллайдером в 2011 и 2012 годах, указывает на существование бозона Хиггса с массой 124 гигаэлектронвольта.По данным интернет-издания Nature News, масса обнаруженной частицы составляет около 125 гигаэлектронвольт, что близко к значениям, представленным ранее. Уровни статистической значимости новых результатов, полученных на ATLAS и CMS, составляют от 4,5 до 5 стандартных отклонений (сигма). Физики говорят о "свидетельствах" существования новой частицы, когда этот параметр достигает уровня 3 сигма.http://www.vesti.ru/doc.html?id=843221&cid=17Вклад новосибирских физиков в открытие бозона ХиггсаГТРК «Новосибирск»Автор: Оксана ТарасенкоВ Женеве официально объявили о регистрации бозона Хиггса. Новосибирские физики присутствовали при этом событии и сегодня продолжают работать на Большом адронном коллайдере. Что же такое частица Бога — так еще называют бозон Хиггса — и каков вклад новосибирцев в открытие? Пожалуй, главное научное открытие года, новая частица, которую уже окрестили божественной — последний кирпичик стандартной модели — теории, которая объясняет все явления в микромире. Юрий Тихонов, заместитель директора Института ядерной физики СО РАН, рассказал: "Хиггсовский бозон — без него этой теории не существует. Он позволяет связать все вместе частицы и, самое главное, он объясняет, откуда у частиц появляется масса". Юрий Тихонов на связи из Женевы. Он руководитель группы Института ядерной физики в эксперименте на детекторе ATLAS — одном из двух, зарегистрировавших долгожданный бозон. Объясняет: открытие не было падением яблока на голову, это вывод из миллионов экспериментов. Данные собирали и обрабатывали в течение нескольких лет. Лучше представить себе устройство, на котором сделано открытие можно здесь, в институте ядерной физики. Это детектор "Кедр", его можно назвать младшим собратом ATLAS'а, на котором и сделали открытие бозона Хиггса. Правда, он в пять раз меньше, но выглядит примерно так же. Это тонны железа и множество кабелей, по которым и идет информация. Как и в ATLAS'е, все самое интересное внутри. Там огромное количество разнообразных регистраторов. Больше того, опыт исследований на "Кедре" позволил новосибирцам усовершенствовать элементы ATLAS. На большом адронном коллайдере наши ученые работают уже почти 20 лет. Алексей Масленников, старший научный сотрудник Института ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН, заместитель руководителя группы ИЯФ в эксперименте ATLAS: "Мы успели поучаствовать на стадии проектирования детектора, на стадии пучковых тестовых испытаний, сборки, запуска, наборе данных и сейчас эти данные анализируем". Для Большого Адронного Коллайдера новосибирский ИЯФ сделал, пожалуй, больше, чем все остальные научные институты мира. И работа продолжается. Бозон Хиггса открыт, но это только начало. Юрий Тихонов, зам. директора Института ядерной физики СО РАН: "Что это бозон — это достоверно. Но тот ли это именно бозон, что стоит в теории у Хиггса — это еще нужно поработать".