Инновации в области физики, которые стали известными широкому кругу людей в 2012-2013 годах

Размещено на http://www.allbest.ru

Міністерство освіти і науки

Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна

Реферат

по теме: «Инновации в области физики, которые стали известными широкому кругу людей в 2012-2013 годах»

Выполнила:

студентка группы ФА-51

Жанишева Светлана

Харьков - 2013

Новости инновационний, которые стали доступны широкому кругу людей в 2012 году

Гигантский радиотелескоп поможет обнаружить следы первых звезд и галактик

Радиотелескоп является самым сложным и разносторонним проектом в своем роде, инновационной технологией, которая способна осуществить мониторинг неба в северном полушарии всего за 45 дней на низкочастотных радиоволнах.

Более 20 000 радиоантенн будут объединены через Интернет для изучения неисследованных радиочастот, обнаружения следов первых звезд и галактик и, возможно, признаков внеземных цивилизаций.

Сверхчувствительный высокочастотный радиотелескоп (Low Frequency Array - LOFAR) будет состоять из массива антенн, распределенных по 48 станциям в Нидерландах и в других странах Европы. Все антенны будут объединены в сеть при помощи волоконно-оптических кабелей. Сигналы с данных станций будут объединяться сверхмощным компьютером, что, по словам Хейно Фальке (Heino Falcke), председателя органа правления проекта международного телескопа LOFAR, делает данный радиотелескоп одним из наиболее сложных и разносторонних проектов в своем роде.

В настоящее время установлено 16 000 тысяч антенн LOFAR и 41 станция, весь комплекс работ по созданию инновационной технологии будет завершен к середине этого года. При всем этом разрешение LOFAR будет сопоставимо с разрешением телескопа, диаметр которого составляет 620 миль (1 000 километров). Кроме того, по словам Майкла Уайза (Michael Wise) из ASTRON, Нидерландского института радиоастрономии, дизайн телескопа предусматривает возможность дальнейшего расширения и возможность установки дополнительных станций.

Из-за большого размера LOFAR телескоп может сканировать большие участки неба - в рамках первого исследования, начатого 9 января, все северное небо может быть сканировано дважды всего за 45 дней, согласно заявлению, сделанному Джорджем Хелдом (George Heald) в ASTRON.

LOFAR также является быстродействующим устройством, способным производить измерения всего за пять миллиардных долей секунды. Помимо этого, тот факт, что LOFAR, по сути, представляет собой множество объединенных вместе радиотелескопов, обеспечивает возможность одновременного проведения, например, трех различных проектов.

Комплекс разработан для мониторинга низкочастотных радиоволн, которые представляют собой значительную неизученную часть излучений неба. Одним из основных источников таких радиоизлучений являются чрезвычайно слабые сигналы, поступающие от скопления холодного газообразного водорода, который преобладал в космическом пространстве во время так называемого «средневековья» в развитии вселенной. Поскольку в конечном итоге образовались звезды, они должны были оставить следы на таком скоплении водорода, и анализируя процесс изменения данных радиосигналов во времени, ученые смогут узнать, как образовались первые галактики.

По словам Гера де Брюна (Ger de Bruyn) из ASTRON, это основной этап в процессе раннего развития вселенной, который растянулся на 400-800 миллионов лет после «большого взрыва».

LOFAR также будет также выявлять искусственные радиоизлучения в составе программы поиска внеземных цивилизаций (SETI). Прошлые миссии SETI были сосредоточены на высокочастотных радиоволнах, но, возможно, внеземные цивилизации предпочитали более низкие частоты.

Интенсивное излучение низкочастотных радиоволн также наблюдается вокруг мощных космических объектов, например, черных дыр, и исследование данных волн может помочь ученым лучше понять внутреннее устройство таких сложных систем. Например, по мнению Джейсона Хесселса (Jason Hessels) из ASTRON, когда речь заходит о пульсарах - высоко намагниченных и быстро вращающихся нейтронных звездах, которые могут образоваться после сверхновых звезд - LOFAR cможет отслеживать радиоизлучения из, примерно, 60-мильного (100-километрового) диапазона от поверхности пульсара.

С начала мая LOFAR будет открыт для астрономов всего мира. Ученые, работающие над проектом LOFAR, выступили с подробными докладами о проделанной ими работе на 219-й ежегодной конференции Американского астрономического сообщества в городе Остин, штат Техас.

Электроника из графена переходит в третье измерение

Удивительный материал графен был провозглашен новым кремнием, с одной только большой проблемой: он обладает слишком высокой проводимостью, чтобы его можно было использовать в компьютерных микросхемах. В настоящее время ученые из Университета Манчестера разработали перспективы его дальнейшего использования и внедрения инноваций на предприятиях, выпускающих электронику.

Не так давно команда Университета Манчестера, возглавляемая Нобелевскими лауреатами - профессором Андре Геймом (Andre Geim) и профессором Константином Новоселовым - практически открыла третье измерение в исследовании графена. В ходе исследования был разработан транзистор, который добавляет графену недостающее звено, чтобы сделать его новым кремнием.

Графен - атомная плоскость углерода - выдающийся материал с бесконечными уникальными свойствами, от электроники до химии и от оптики до механики.

Одно из возможных многочисленных применений графена - его использование в качестве основного материала для компьютерных микросхем вместо кремния. Эта возможность привлекла внимание крупнейших производителей микросхем, включая IBM, Samsung, Texas Instruments и Intel. Отдельные транзисторы с очень высокой частотой (до 300 ГГц) уже были продемонстрированы многими исследовательскими группами по всему миру.

К сожалению, эти транзисторы нельзя плотно устанавливать в микросхему, и внедрение инноваций на предприятии-производителе пока невозможно. Основная причина заключается в том, что транзисторы проводят слишком большой объем тока, даже в самом защищенном состоянии графена. Электрический ток может вызвать расплавление микросхем за считанные секунды.

Эта проблема возникла в 2004 г., когда исследователи из Манчестера рассказали о своем открытии, принесшим им Нобелевскую премию, и, несмотря на огромные усилия по разрешению данной проблемы в международном масштабе, решение так и не было найдено.

Сейчас ученые из Университета Манчестера предлагают использовать графен не горизонтально (в плоскости), как это было во время предыдущих исследований, а вертикально. Они использовали графен, как электрод, электроны от которого проникают внутрь другого металла сквозь диэлектрик. Это называется замещающий (тоннелирующий) диод.

Затем они задействовали совершенно уникальное свойство графена: внешнее напряжение может сильно изменить энергию тоннелирующих электронов. В результате они получили новый тип устройства - вертикальный тоннелирующий транзистор, для которого графен является основным компонентом.

Однако, одного графена недостаточно, чтобы добиться проникновения. К счастью, существует множество других материалов толщиной в один атом или молекулу, и они используются в качестве дополнительных материалов.

Команда ученых из Манчестера создала транзисторы путем комбинирования графена с атомными плоскостями нитрида бора и дисульфида молибдена. Такие транзисторы собираются слой за слоем в требуемой последовательности, как слоеный пирог, только на уровне атомов.

Подобных многослойных суперструктур в природе не существует. Это совершенно новая концепция, предложенная исследователями из Манчестера. Сборка на уровне атомов предоставляет новые степени функциональности; без некоторых из них создание тоннелирующих транзисторов было бы невозможно.

Безусловно, транзистор важен, но концепция сборки атомных слоев, возможно, еще важнее. Тоннелирующий транзистор - всего лишь один пример неисчерпаемого количества многослойных структур и новейших устройств, которые теперь можно создать при помощи такой сборки. Она действительно предоставляет бесконечные возможности, как для фундаментальной физики, так и для конкретного применения. Среди других вероятных примеров можно назвать светодиоды, фотогальванические механизмы.

Создан первый атомный рентгеновский лазер

Ученые из департамента США при Национальной ускорительной лаборатории SLAC создали самый коротко импульсный и четкий рентгеновский лазер, какой только когда-либо существовал, оправдав давние прогнозы и открыв дорогу к новым научным открытиям.

В Национальной ускорительной лаборатории ученые направили линейный когерентный источник света - Linac Coherent Light Source (LCLS) - на источник света в капсуле газа неона, используя рентгеновское излучение для создания первого в мире атомного рентгеновского лазера.

По словам Нины Роринджер (Nina Rohringer), физика, возглавившего исследование, такие инновации и технологии, как рентгеновские лучи, позволяют заглянуть в мир атомов и молекул. Это должно заинтересовать ученых, которые могут использовать новый тип лазера для проведения различных интересных экспериментов, например, вызывать химические реакции или наблюдать за биологическими молекулами. Ведь чем короче импульсы, тем быстрее изменения, которые можно зафиксировать. И чем четче свет, тем большую резкость приобретают детали.

Создание нового атомного рентгеновского лазера было предсказано в далеком 1967 году. Тогда утверждалось, что инновации и технологии позволяют сделать рентгеновские лазеры по технологии лазеров видимого диапазона, заставив электроны падать с верхнего и нижнего энергетических уровней в атомах, испуская при этом свет одного цвета. Но до 2009 года - момента запуска лазера LCLS - еще не существовало источника рентгеновского излучения, достаточно мощного для создания такого типа лазера.

Чтобы стать атомным, LCLS испускает мощные рентгеновские импульсы, каждый из которых в миллиард раз ярче, чем любой существующий лазер. Эти импульсы сбивают электроны с внутренних зарядов множества атомов неона, заключенных в капсулу. Когда электроны падают и заполняют пространство, только один из 50 атомов создает ответную реакцию, излучая фотон в рентгеновском диапазоне, который имеет очень короткую длину волны. После чего эти рентгеновские лучи стимулируют соседние атомы неона на излучение еще большего количества рентгеновских лучей, тем самым, создавая эффект домино, который усиливает лазерный свет в 200 миллионов раз.

Несмотря на то, что и LCLS, и неоновые капсулы являются лазерами, они по-разному создают и излучают свет с различными характеристиками. Излучение LCLS проходит через электроны высокой энергии через переменное магнитное поле для того, чтобы вызвать образование рентгеновских лучей, и его рентгеновский импульс ярче и гораздо мощнее. Импульсы атомного лазера длиннее всего на одну восьмую долю, но их свет гораздо четче, что позволяет освещать и выделять подробности сверхбыстрых реакций, т.е. то, что раньше невозможно было увидеть.

Как считает Джон Бозек (John Bozek), это достижение открывает путь к новым областям применения рентгеновского излучения и, безусловно, ученым очень пригодится новый тип лазера и его преимущества.

Например, и LCLS, и атомные лазерные импульсы можно совместно использовать для синхронизации «быстрого удара»: первый лазер вызывает изменения в исследуемом образце, а второй фиксирует с точностью до атома все изменения, которые произошли в течение нескольких долей секунды.

В будущем ученые попытаются создать еще более коротко импульсный и высокоактивный атомный рентгеновский лазер с использованием кислорода, азота или серы.

Открытия ученых требуют проверки: сверхсветовые нейтрино

Ученые, которые работают в эксперименте ICARUS, вновь измерили скорость нейтрино и не подтвердили сенсационных результатов сделанного их коллегами из эксперимента OPERA ранее (2011 год) открытия ученых о превышении скорости света. Такую информацию подтверждает пресс-служба Организации ядерных исследований Европы (ЦЕРН).

В конце сентября прошлого года физики из ЦЕРНа Швейцарии и итальянской лаборатории Гран-Сассо заявили, что им удалось с помощью детектора OPERA засечь нейтрино, элементарные частицы, которые двигались со сверхсветовой скоростью. Нейтрино, по оценкам этих ученых, пролетали в ЦЕРНе от ускорителя SPS до подземного детектора в тоннеле Гран Сассо 730 км на 60 наносекунд быстрее, чем предполагалось.

Карло Руббиа, нобелевский лауреат, официальный представитель научной группы ICARUS, отмечает, что эксперимент ICARUS провел проверку необычных результатов, которые были получены OPERA в 2011 году. Измерения показали, что скорости света скорость нейтрино не превышает.

Детекторы OPERA и ICARUS находятся в равных условиях - они размещены в Альпах, в одной лаборатории в тоннеле Гран-Сассо, на одинаковом расстоянии от ЦЕРНа и «наблюдают» один пучок нейтрино. Это позволяет сопоставлять полученные данные.

Серджио Бертолуччи, директор ЦЕРНа по исследовательским проектам, говорит о появлении свидетельств, которые указывают, что результат OPERA был артефактом экспериментальных измерений.

Однако он подчеркнул необходимость проведения тщательной проверки, поэтому участники других нейтринных экспериментов в Гран-Сассо (ICARUS, BOREXINO, OPERA, LVD) в мае 2012 года будут проводить новые измерения скорости пучков нейтрино из ЦЕРНа для вынесения окончательного вердикта. А также ученые будут сопоставлять скорости нейтрино космоса.

Раньше участники эксперимента OPERA сообщили, что была обнаружена техошибка, при изучении пучков нейтрино она могла привести к появлению информации о превышении скорости света. Данные эффекты могли привести к переоценке и к недооценке скорости.

Первый возможный эффект относится к источнику колебаний, применявшийся для получения точных сигналов времени с целью синхронизации GPS. Этот факт мог привести к завышению времени полета нейтрино. Второй эффект обусловлен разъемом волоконно-оптического кабеля, по которому к главным часам эксперимента передавался внешний сигнал системы GPS. Во время измерений этот разъем мог быть неправильно подсоединен, это привело к недооценке времени полета нейтрино.

Участники эксперимента OPERA имеют цель организовать проверку воздействия двух эффектов в процессе специально организованных экспериментов, которые также запланированы на май этого года.

Китайцы осуществили на рекордное расстояние телепортацию фотонов

Физики из Китая провели телепортацию фотонов на расстояние в 97 км по открытому воздуху. Эта инновационная разработка предполагает передачу запутанных фотонов при помощи лазера мощностью в 1.3 Вт. Эксперимент провели над озером, которое находилось на уровне 4 000 м над уровнем моря. Поскольку главной проблемой при передаче на это расстояние оказалось уширение луча, физики решили применить дополнительный направляющий лазер, помогающий подстроить передатчик и приемник. Кроме уширения луча, потери фотонов были вызваны турбулентностью воздуха и несовершенством оптики.

Однако за четыре часа ученые передали на 97 км примерно одну тысячу сто запутанных фотонов. Физики отмечают, что наблюдаемые потери не являются весьма большими и можно надеяться, что квантовую телепортацию фотонов в скором времени можно будет проводить и между коммуникационным спутником и наземной станцией. Тем более, что расстояние, которое было достигнуто учеными, лишь в несколько раз меньше расстояния между поверхностью Земли и спутником.

В физике квантовая телепортация - это мгновенная передача информации между двумя разделенными в пространстве точками без участия передающей среды. Она проводится на базе квантового феномена запутанности, при этом состояния двух частиц связаны между собой, если они даже расположены на существенном расстоянии друг от друга. Существует возможность при изменении состояния одной из частиц, мгновенно изменить состояние другой, это может стать базой канала передачи информации.

Ученые осуществляли передачу запутанных фотонов и ранее, однако до настоящего времени она была значительно ограничена по дальности. По оптоволокну передачу фотонов удавалось проводить на расстояние не более одного километра по причине того, что частицы находились во взаимодействии со средой распространения (стекло) и при этом происходила потеря своих квантовых свойств. Передача по воздуху оказалась значительно более эффективной.

Многие специалисты по шифрованию данных выражают свою надежду, что технология передачи на большое расстояние запутанных фотонов сможет стать базой для создания каналов связи, почти неуязвимых для тех желающих, которые хотят перехватить передаваемое сообщение. Информация при квантовой телепортации не передается в среде, и по этой причине по теории не может быть перехвачена. Как альтернативу передаче запутанных фотонов, физики рассматривают передачу одиночных фотонов, поскольку принимающей стороне их перехват станет сразу заметен.

Новости инновационний, которые стали доступны широкому кругу людей в 2013 году

Жизнь мыльных пузырей

Университет Лиона на первый взгляд ничего такого особого не изобрел. Но новости инноваций из “жизни мыльных пузырей” имеют и прикладное значение - об этом позже, а сейчас к сути.

Ученые смогли проконтролировать толщины стенок в мыльных пузырях, используя электрическое поле. Работа опубликована вPhysical Letters,а суть ее а такова.

Мыльные пузыри, как все мы знаем, имеют внешний и внутренний слой, состоящий из поверхностно-активных веществ и воды, которая зажата между этими двумя стенками. Вода под действием притяжения со временем начинает стекать в нижнюю часть мыльного пузыря, и потому он и лопается один момент. Авторы умудрились делать так, чтобы жидкость текла в обратную сторону - от гравитационного поля. Это позволяет пузырям пожить в течение нескольких часов, пока на них действует электрическое поле.

Работа основывается на электроосмосе - движении жидкости без заряда в тоненьких капиллярах при воздействии на нее электрического поля. Движение это объясняют абсорбцией ионов на границе, там, где одна фаза переходит в другую, из-за этого жидкость может приобретать небольшой электрический заряд.

Достижение авторов в доказательстве того, что и в достаточно тонких пленках мыльных пузырей электрическим полем вызывается такой же электроосмотический эффект движения жидкости, какой наблюдается в твердых капиллярах. Более того, и это очень важно, электрическое поле ведет к увеличению толщин пленок, а это сопровождается сильным ускорением движения воды между пленок.

А теперь зачем собственно физики баловалось с пузырями - это открытие поможет в создании так называемых лабораторий-на-чипе. Эти компактные устройства в будущем смогут очень дешево и быстро проводить лабораторные анализы, а их разработкой как раз и занимается микрогидродинамика.

Инновационные технологии, разработанные учеными из института NIST, позволили создать новый тип плоской линзы

радиотелескоп инновация графен лазер

Исследователи института разработали новейший тип плоской линзы, используя новые инновационные технологии. Это оптическое тело может искривлять свет ультрафиолетового излучения очень интересным образом. При прохождении луча света через такую линзу он искривляется, образуя призрачное, объемное изображение предметов, которые “висят” в воздухе.

Журнал Nature опубликовал статью, поясняющую, что линза сделана из тончайшего слоя специального материала, который наносится на прозрачную поверхность. Специфические характеристики этого материала, проявляющиеся, как при отрицательной магнитной, так и диэлектрической проницаемости, что создает минусовой коэффициент преломления.

Прозрачные материалы, которые можно встретить в природе, вроде воды или воздуха, обладают плюсовым коэффициентом преломления. Если, например, в посуду с водой поместить какой-либо предмет, будет видно, что при переходе из одной среды в другую, в случае этого исследования из воздушной среды в воду, предмет будет отклоняться вперед. Если бы мы использовали в таком эксперименте материал, обладающий отрицательным коэффициентом, то предмет отклонялся бы в обратную сторону.

Новая линза представляет собой несколько листов окисленного титана и серебра толщиной всего лишь в один атом,что и позволило наделить линзу подобными характеристиками. Не исключено и то, что комбинируя другие материалы можно добиться смещения рабочего диапазона линзы в другие области спектра, например, в инфракрасную.

Нанотермометр позволит осуществить первые в мире измерения температуры при передаче тепла на атомном уровне

В инновационном исследовании, которое позволит преодолеть главное технологическое препятствие на пути к более мелким и мощным электронным устройствам, международная команда исследователей из США, Испании и Германии продемонстрировала уникальные способы рассеивания тепла на микро уровнях.

Статья, посвящённая данному исследованию, была напечатана в журнале «Nature».

Когда ток проходит через проводящий электричество материал, вырабатывается тепло. Понимание того, где в электронной системе поднимается температура, помогает инженерам разрабатывать надёжные и высокопроизводительные компьютеры, телефоны и медицинские устройства. Однако, в то время как в больших схемах выделение тепла хорошо изучено, классическая физика не может описать взаимоотношения между теплом и электричеством на наноуровне, где устройства имеют размер приблизительно в один нанометр и состоят всего из нескольких атомов.

В течение следующих двух десятилетий компьютерные инженеры будут работать на «атомарном» уровне, утверждает Прамод Редди (Pramod Reddy) профессор машиностроения и материаловедения из Мичиганского университета, принимавший участие в исследовании.

«Активные области современных транзисторов имеют размер всего в 20 или 30 нанометров. Однако если эта индустрия продолжит развиваться в соответствии с законом Мура и сокращать размер транзисторов, удваивая их плотность на схеме, тогда выход на атомарный уровень должен быть уже не за горами», - сказал Редди.

«В этом случае, понять отношения между рассеянным теплом и электронной структурой устройства, без чего нельзя преуспеть на атомарном уровне, является самой важной задачей», сказал он.

«В осязаемом макромире, когда электричество проходит через провод, весь провод нагревается, также как и все электроды. Тем не менее, когда «провод» имеет размер в нанометровую молекулу и соединяет всего два электрода, температура растёт преимущественно в одном из них.

«В устройствах на атомарном уровне практически всё тепло концентрируется в одном месте», - сказал Редди.

В ходе своего исследования, учёные из лаборатории Редди: докторанты Вучул Ли (Woochul Lee) и Вонхо Чон (Wonho Jeong), а также доктор Кёнгтае Ким, разработали методы создания стабильных устройств на атомарном уровне, кроме того они спроектировали и создали нанотермометр, интегрированный в устройство в форме конуса. Одиночные молекулы или атомы застревали между конусным устройством и тонкой пластиной золота, позволяя изучить рассеивание тепла в прототипичных схемах молекулярного уровня.

«Результаты этой работы подтвердили теорию рассеивания тепла, изначально предложенной Рольфом Ландауэром, физиком из IBM. В дальнейшем, сделанные в ходе исследования открытия приведут к более глубокому пониманию взаимоотношений между рассеиванием тепла и термоэлектрическим феноменом на атомарном уровне, который представляет собой преобразование тепла в электричество», рассказал Редди.

Американские физики смогли создать прототип голографического телевизора

Новейшие инновационные разработки помогли физикам из США создать голопроектор высокого разрешения. Технология, которая используется в этом голопроекторе, достаточно дешевая, что, возможно, позволит в ближайшем будущем производить голографические телевизоры для продажи.

Принципы, благодаря которым появилась возможность воспроизводить голографическое изображение, открыл в середине 20-го века венгерский физик Денеш Габор. Для создания голограммы используют специальный лазер, луч которого, отражаясь от определенного объекта, формирует трехмерное изображение.

Группе ученых из Кембриджа, которую возглавляет Дэниел Смолли, удалось разработать совершенно новый способ воспроизведения голографических изображений. Они создали более совершенную версию основного элемента голопроектора - ПМС (пространственный модулятор света). Это устройство, предназначенное для изменения различных характеристик лазерного луча, используют для считывания составляющих частей голограммы.

Ученые утверждают, что современные аналоги нового модулятора невозможно использовать в голодисплеях из-за огромного количества недостатков. Новый же модулятор, созданный на основе специальных пластин из кислорода, лития и ниобия, превосходит конкурентов по всем параметром, и, в первую очередь, отличается крайне высокой скоростью обработки данных.

Если верить ученым, то стоимость создания их изобретения не так уж и велика. Ученые продемонстрировали экспериментальный экземпляр, который может транслировать трехмерное изображение в 1 метр шириной. Авторы голопроектора уверены, что через несколько лет улучшенную версию технологии можно будет использовать для создания коммерческих головизоров, которые можно будет купить в любом магазине.

Антиматерия «Боевая антиматерия»

Американским физикам удалось реализовать инновационный проект сверхкомпактного ускорителя, который можно запросто уместить на столе. Такой ускоритель может служить как источник мощнейшего луча частиц антиматерии -- позитронов. Так говорит статься, опубликованная в PhysicalReviewLetters.

Установка была сконструирована группой ученых, над которыми главенствовал Карл Крушельник из университета Мичигана. В разработке активное участие принимали несколько наших соотечественников -- в их числе сотрудники Физического института им. Лебедева при РАН.

Устройство ускорителя представляет собой лазер, имеющий луч петаваттной мощности. Луч проходит сквозь гелиевую струю. В результате такого взаимодействия создается мощный поток электронов. На пути потока располагается тончайшая фольга из металла. Когда происходит столкновение электронов с металлической фольгой начинают образовываться позитроны. Позитроны и электроны после разводятся в разные потоки с использованием магнитов.

Каждый лазерный выстрел продолжается тридцать фемтосекунд. Устройство образует потоки электронов и позитронов совместно с излучением в гамма спектре. Происходящее похоже на теоретический "состав" в релятивистских струях плазмы, которая выбрасывается черными дырами или нейтронными звездами. Ученые считают, что такой компактный настольный ускоритель поможет в условиях лаборатории исследованию свойств релятивистских струй, равно как и проводить прочие исследования в области физики частиц.

Ранее чтобы получить потоки заряженных частиц, позитронов в том числе, требовались огромные установки, вроде огромных позитрон-электронных коллайдеров, подобных тому, что работал в CERN в туннеле, где сегодня стоит адронный коллайдер.

Однако в 80-х годах американскими учеными была открыта новая методика по разгону частиц, где основную роль играл лазер, который превращал материалы в плазму, а затем "выбивал" из плазмы электроны. По этой причине стало возможно появление "настольных" ускорителей.

К примеру, в 2011 ученые из Физического института им. Лебедева сконструировали настольный ускоритель, который мог разгонять частицы до энергий в полтора гигаэлектронвольта, а в 2013 физики из Остинского университета смогли разогнать частицы, полученные в настольном ускорителе, до значения в два гигаэлектронвольта.

Пять стран намерены участвовать в создании коллайдера NICA

Зимой этого года в Объединенном институте по ядерным исследованиям обсуждались инновационные проекты, в том числе -- создание коллайдера NICA, который бы работал на встречных пучках ионов. В его основу положен модернизированный сверхпроводящий ускоритель нуклотрон. Этот проект был одобрен еще летом 2011 года в Дубне.

Пятерка стран -- Беларусь, Германия, Болгария, Украина, Казахстан -- выражает намерение участвовать в постройке коллайдера NICA в Дубне. Протокол о намерениях представители государств уже подписали.

"Меморандум о намерениях -- это формальное выражение заинтересованности стран в начале проработке вопросов: организационных, юридических, научных, финансовых, которые нужно решить, чтоб обеспечить участие стран в реализации проекта NICA", -- сказал академик Виктор Матвеев, глава Объединенного института по ядерным исследованиям, где будет создаваться ускоритель, пуск которого назначен на 2017 год. Матвеев сказал, что разговоры ведутся не только о финансовом участии: "Это будут не только финансовые вложения, это inkind contribution (поставки комплектующих и оборудования), участие специалистов, экспертов".

Помимо того, ОИЯИ подписал соглашение по сотрудничеству с немецким объединением институтов науки -- Ассоциацией Гельмгольца, которое подразумевает совместные усилия по созданию коллайдера. NICA (NuclotronbasedIon Colliderf Acility) будет создаваться на основе сверхпроводящего ускорителя нуклотрона, который запущен в 1993 году. Дубнинский коллайдер займется изучением перехода ядерной материи в экстремальных условиях к новому состоянию, которое называют кварк-глюонной материей. Ускоритель будет сталкивать пучки ядер атома золота, разгоняющиеся до энергии 5,5 гигаэлектронвольт/нуклон.

Последствия столкновений будут исследоваться с использованием детектора MPD (Multi Purpose Detector), который установят в месте столкновения пучков, и детектора SPD. В комплексе также будет работать установка BM@N, ответственная за проведение исследований на ионных пучках нуклотрона.

Проект такого коллайдера был включен в число шести крупных исследовательских проектов в России в классе megascience при международном участии. Проекты будут финансироваться из государственных источников, если для их развития привлекут достаточные средства зарубежных организаций.

Матвеев не назвал стоимость установки, однако отметил, что ее примерная цена находится на уровне пятнадцати миллиардов рублей. "Когда проект включался в список мегапроектов, говорилось, что при учете всех затрат стоимость, которую вносит международная организация (ОИЯИ), была бы равна 7,5 миллиарда рублей, такая же сумма нужна как дополнительные вложения", -- резюмировал он.

Российскими физиками разработан квантовый метаматериал

Совместными усилиями отечественных и немецких ученых недавно был создан первый в мире образец квантового метаматериала. Группа под руководством Алексея Устинова разработала его на основе твердотельного кубита, обладающего сверхпроводящими свойствами.

Устройство было собрано из 20 подковообразных разорванных алюминиевых колец. Их охладили до нескольких десятков милликельвин. Обычно таким способом получаются так называемые кубиты -- приспособления, хранящие квантовую информацию, как и атомы.

Объединение 20 метаатомов в квантовую систему позволило разместить их достаточно близко друг к другу в зоне воздействия микроволнового резонатора. Таким образом возникла следующая ситуация: усилилось взаимодействие кубитов относительно друг друга, что в процессе эксперимента проявилось в сильно изменившихся фазах переиспускания и поглощения фотонов.

Большую роль в разработке сыграли микроволновые резонаторы -- устройства, предназначенные для создания метаматериалов посредством манипуляций со структурой в масштабах, меньших длины волн, что приводит к достижению оригинальных макроскопических свойств. В мировом масштабе они применяются для получения невидимых поверхностей, которые не фиксируются микроволновым излучением, а также аналогов черных дыр и линз с «неправильными» свойствами.

Особенность заключается в том, что до сих пор подобные структуры создавались из классических материалов, а вот группе физиков удалось кардинально иное. Вот как комментирует такой прогресс глава ученых Алексей Устинов: «Принципиальное отличие квантовых материалов и классических -- гораздо более возрастающая сила действия кубитов с ЭМП (электромагнитным полем), а также минимальные потери в результате сопротивления. В разработке лишь отчасти применяются достижения атомной физики и квантовых технологий. При столь сильном воздействии нами были получены совершенно новые физические свойства. Свое широкое применение устройству на основе нашей разработки можно будет найти в проектировании детекторов единичных микроволновых фотонов, а также переключателей фазы».

Размещено на Allbest.ru