Бозон Хиггса стал ближе



жүктеу 162.93 Kb.
Дата12.07.2016
өлшемі162.93 Kb.
Л.В.Пигалицын

МОУ СОШ № 2, г. Дзержинск, Нижегородская обл.

Новости науки и техники

Бозон Хиггса стал ближе


Физики сделали еще один шаг на пути к обнаружению бозона Хиггса.


Питер Хиггс, профессор Эдинбургского университета (фото Дэвида Паркера / Science Photo Library)

Сотрудники Национальной лаборатории ускорителей, больше известной как Лаборатория Ферми, не стали дожидаться европейских коллег, ремонтирующих Большой адронный коллайдер. Исследователям удалось сузить коридор, в котором стоит искать неуловимую «частицу Бога», будто бы отвечающую за все прочие частицы.

Физики давно недоумевают по поводу того, как частицы приобретают массу. В шестидесятых годах британский ученый Питер Хиггс предложил ввести новое скалярное поле, которое, взаимодействуя с калибровочными бозонами (переносчиками фундаментальных взаимодействий природы), наделяет их массой. Квантом такого поля и является гипотетический бозон Хиггса. Обнаружение этой частицы позволит заполнить огромный пробел в так называемой Стандартной моделитеоретической конструкции, описывающей электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия.

Ученые возлагали большие надежды на Большой адронный коллайдер, построенный в Европейском центре ядерных исследований (CERN) на границе Франции и Швейцарии. Однако после нескольких пробных запусков в августе и официального открытия в сентябре прошлого года ускоритель вышел из строя и не возобновит работу до нынешней осени.

Европейские исследователи уже обнаружили, что бозон Хиггса должен «весить» более 114 ГэВ/с2 и менее 185 ГэВ/с2. Суть открытия, сделанного в Лаборатории Ферми, заключается в том, что в диапазоне 160-170 ГэВ/с2 бозон Хиггса искать не стоит.

К такому выводу совместными усилиями пришли две научные группы, работавшие на ускорителе «Теватрон» и проанализировавшие результаты столкновений элементарных частиц с сечением взаимодействия в три обратных фб (1 фемтобарн = 10-39 см2). К концу 2010 года планируется обработать результаты для сечения взаимодействия в 10 обратных фб.

14 марта 2009 года. Ассошиэйтед Пресс.


Материалы на основе железа обнаруживают уникальный механизм перехода в сверхпроводящее состояние


Группа физиков из Лаборатории Эймса (США), возглавляемая Русланом Прозоровым, показала, что процесс образования электронных (куперовских) пар в сверхпроводниках на основе железа и мышьяка должен в значительной степени отличаться от уже известных механизмов, зарегистрированных в других сверхпроводниках.


Внешний вид экспериментальной установки, использованной авторами для измерения лондоновской глубины проникновения (фото с сайта Ameslab.Gov).

К такому выводу ученые пришли, проанализировав результаты экспериментов по измерению температурной зависимости лондоновской глубины проникновения (толщины приповерхностного слоя материала, на которую распространяется внешнее магнитное поле). Вид упомянутой зависимости связан со структурой энергетической щели (энергии связи куперовской пары) сверхпроводника, и для большинства материалов он уже определен; к примеру, у «традиционных» низкотемпературных сверхпроводников эта зависимость носит экспоненциальный характер, у высокотемпературных купратных — линейный, у сверхпроводников на основе диборида магния MgB2 — также экспоненциальный, однако для описания их свойств в широком температурном диапазоне приходится привлекать два различных значения энергетической щели (и два «сорта» пар).

В опытах исследователей из США были задействованы кристаллы вещества, в состав которого входили барий, мышьяк и железо (часть его атомов замещали атомы кобальта; результирующая химическая формула — Ba(Fe0,93Co0,07)2As2). Как выяснилось, для этого материала зависимость лондоновской глубины проникновения от температуры выражается степенной функцией, причем показатель степени приблизительно равен 2,4. «Мы рассчитывали обнаружить степенную зависимость, но ни в одной серии измерений не зарегистрировали ничего подобного, — рассказывает г-н Прозоров. — Тогда мы решили попробовать образцы с разными концентрациями кобальта; на результаты это не оказало никакого влияния». Дальнейший анализ полученных данных показал, что для описания свойств подобных сверхпроводников также необходимо оперировать двумя величинами энергетической щели.

Поскольку значение лондоновской глубины проникновения связано с особенностями образования куперовских пар, открытие говорит о существовании неизученных механизмов перехода в сверхпроводящее состояние. «Свойства сверхпроводников на основе железа и мышьяка не поддаются объяснению в рамках разработанных ранее теорий, — заключает Руслан Прозоров. — Внутри них происходит нечто совершенно уникальное».

Полная версия отчета ученых опубликована в журнале Physical Review Letters; электронную версию статьи можно скачать с сайта Лаборатории Эймса.

. Новости Компьюленты. 01 мая 2009 года.

Начинается 105-дневный эксперимент по имитации полета на Марс


31 марта начинается второй этап проекта «Марс-500»: шесть добровольцев проведут 105 дней в изоляции от внешнего мира в специально оборудованном модуле, имитирующем условия полета к Красной планете.




Жилой блок «космического» модуля обставлен довольно просто…

Основная цель проекта «Марс-500» заключается в исследовании системы «человек — окружающая среда» и получении экспериментальных данных о состоянии здоровья и работоспособности экипажа, дологое время находящегося в условиях изоляции в герметично замкнутом пространстве ограниченного объема.

Заявки на участие в 105-дневном эксперименте поступили более чем от шести тысяч человек из 40 стран. Отбор кандидатов осуществлялся по результатам анкетирования и комплексного медицинского обследования. В состав экипажа вошли шесть человек: космонавт-испытатель Олег Артемьев, космонавт-исследователь, член отряда космонавтов Сергей Рязанский, врач Алексей Баранов, специалист по физиологии и физической культуре и спорту Алексей Шпаков, французский летчик Сирилл Фурнье (Cyrille Fournier) и военный инженер Оливер Кникель (Oliver Knickel) из Германии.

Во время эксперимента будут изучены особенности физиологической и психологической адаптации членов экипажа к условиям автономного функционирования, проверено медико-техническое оборудование, а также средства обеспечения жизнедеятельности. Обмен информацией с центром управления будет осуществляться с помощью электронной почты; питаться испытатели будут точно так же, как и обитатели Международной космической станции.

Вскоре после завершения 105-дневного эксперимента планируется провести более сложную фазу программы «Марс-500», имитирующую полноценный полет на Красную планету в течение 520 суток.

Новости Компьюленты. 30 марта 2009 года.

Продемонстрировано устройство, скрывающее объекты от наблюдения в ближней ИК-области спектра


Группа физиков из Калифорнийского университета в Беркли (США) создала миниатюрное маскирующее устройство, которое обеспечивает надежную защиту от наблюдения в диапазоне длин волн 1,4–1,8 мкм.



Структура маскирующего устройства (изображение из журнала Nature Materials).

В начале этого года «КЛ», напомним, уже сообщала о разработке подобного устройства, функционирующего в микроволновом диапазоне. При изготовлении обоих опытных образцов использовались метаматериалы, которые позволяют формировать структуры с отрицательным показателем преломления.

Устройство, созданное американскими учеными, представляет собой кремниевую пластинку толщиной 250 нм, на край которой нанесено металлическое отражающее покрытие; этот край также слегка вогнут по центру пластинки (см. рисунок), образуя «укрытие» для маскируемого объекта микрометровых размеров. Для изменения оптических свойств кремния исследователи проделали в пластине множество отверстий диаметром 110 нм; в зонах с бóльшим количеством таких отверстий показатель преломления имеет меньшее значение (электромагнитное излучение, следовательно, здесь распространяется быстрее). Расположив отверстия над «укрытием» в заданном порядке, авторы работы добились того, что излучение отражалось от этой области так, как будто край был абсолютно ровным.

По общему мнению коллег американских физиков, разработанный образец имеет большие шансы стать прототипом первого «маскирующего» устройства, которое будет функционировать в видимом диапазоне. Основным его преимуществом эксперты считают отсутствие в конструкции металлических элементов, поглощающих видимый свет.

Необходимо отметить, что 22 апреля на сайт arXiv был выложен препринт статьи за авторством ученых из Корнеллского университета (США), в которой описывается схожее устройство.

Полная версия отчета исследователей из Калифорнийского университета в Беркли будет опубликована в журнале Nature Materials.

Новости Компьюленты. 01 мая 2009 года.


Раскрыт секрет свойств важнейшего диэлектрического материала


Ниобат серебра AgNbO3 относится к классу керамических диэлектриков, которые используются для производства конденсаторов, фильтров и других базовых элементов устройств беспроводной связи. На практике применимость таких веществ определяется величинами диэлектрической постоянной и коэффициента диэлектрических потерь. Заметим, что в наиболее важном гигагерцовом диапазоне частот только ниобат серебра может обеспечить разработчику достаточно низкий уровень потерь, сопряженный с высоким значением диэлектрической постоянной.

Как показали проведенные ранее исследования, диэлектрические свойства AgNbO3 имеют выраженную температурную зависимость, причем лучше всего материал проявляет себя как раз при температурах, приближенных к комнатной. Конкретные структурные изменения, формирующие эту зависимость, до сих пор оставались загадкой для ученых, поскольку никаких видимых трансформаций кристаллической решетки не происходило. «А все потому, что исследователи пользовались стандартными методиками, которые дают усредненную картину, — говорит Игорь Левин, сотрудник американского Национального института стандартов и технологии (National Institute of Standards and Technology, NIST). — Усреднение не позволяет зарегистрировать наноразмерные изменения».

Масштабные исследования, выполненные командой специалистов из NIST в соавторстве с коллегами из других научных центров США и Англии, наконец дали ученым возможность зафиксировать ничтожные отклонения атомов вещества от их изначальных положений, которые и приводят к изменению физических свойств диэлектрика. В своей работе физики объединили сразу несколько методик (образцы подвергались воздействию рентгеновского излучения, пучков нейтронов и электронов).

Обработка полученной информации открыла картину сложного взаимодействия между атомами кислорода, образующими восьмигранные структуры, и атомами ниобия, которые занимают положение в центрах восьмигранников. При высоких температурах атомы ниобия слегка смещаются (однако их усредненное во времени положение не изменяется); когда вещество остывает, сдвигаются уже атомы кислорода, вследствие чего октаэдры немного поворачиваются. В результате этого атомы ниобия оказываются (частично) «блокированы» в смещенной позиции; разупорядочение структуры приводит к изменению диэлектрических свойств.

По мнению исследователей, такие результаты говорят о существовании потенциальной возможности искусственного модифицирования свойств других соединений с целью улучшения их диэлектрических показателей.

Полная версия отчета ученых опубликована в журнале Physical Review B.

Новости Компьюленты. 09 апреля 2009 года.

Сверхпроводимость в двух измерениях


Команда исследователей из Брукхэвенской национальной лаборатории (США), возглавляемая Джоном Транкадой (John Tranquada), экспериментировала со слоистым материалом (LBCO), в состав которого входят лантан, барий, медь и кислород; при этом на один атом бария в тестовом образце приходилось ровно 8 атомов меди. Физикам было хорошо известно, что при большем или меньшем процентном содержании бария LBCO приобретает свойства «высокотемпературного» сверхпроводника, а при выбранном соотношении температура перехода в сверхпроводящее состояние резко падает — почти до абсолютного нуля. Тем не менее, как удалось выяснить ученым, такой материал также может считаться сверхпроводником — но только в двух измерениях.



Неоднородность пространственного распределения заряда (показано синим) и направлений векторов магнитного дипольного момента атомов меди (выделены розовым) на примере оксида меди (иллюстрация с сайта PhysOrg.com)

Есть у LBCO и другая интересная особенность, на которую долгое время не обращали должного внимания: необычное пространственное распределение заряда и магнитных дипольных моментов атомов (см. иллюстрацию). «Эффект сверхпроводимости предполагает наличие связанных пар электронов, перемещающихся в объеме вещества, — объясняет г-н Транкада. — В выбранном же нами материале заряды обладают значительно меньшей подвижностью и локализованы в определенных областях. Поэтому ранее ни у кого не возникало вопросов, почему при таком соотношении атомов бария и меди свойство сверхпроводимости теряется».

Вероятно, интригующие особенности LBCO так и остались бы неизученными, если бы не Цян Ли (Qiang Li): именно он провел важнейший опыт, в котором было зафиксировано резкое падение сопротивления материала при протекании тока в направлении, параллельном атомарным слоям (при изменении направления эффект зарегистрирован не был). Задавшись целью подтвердить выводы коллеги, другой сотрудник Брукхэвенской лаборатории, Маркус Хюкер (Markus Hücker), наблюдал проявление одной из ключевых особенностей сверхпроводников — эффекта Мейснера — и также обнаружил четкое пространственное разделение.

Объяснить причины возникновения новой формы сверхпроводимости исследователи пока не могут, но уже сейчас возлагают на изучение перспективного материала большие надежды, поскольку LBCO такого состава обладает повышенной температурой перехода в «двумерное» сверхпроводящее состояние (40 0К). «Перед нами стоит задача создания сверхпроводников, которые можно эксплуатировать при комнатных температурах, — говорит Джон Транкада. — Так что все просто: любые исследования, связанные с расширением границ возникновения эффекта, приближают нас к цели».

Новости Компьюленты. 02 декабря 2008 года.



Австралийская летающая тарелка.
Чтобы оценить новшество из Австралии, необходима краткая предыстория. Вертолёты давно и успешно выполняют свои задачи, но изобретателям не терпится заменить их на что-то более экзотическое: бочку там летающую или тарелку, на крайний случай. Рецепты тут похожи – винты ставят в кольцевые обтекатели или вовсе прячут в глубинах корпуса, переносят их сверху вниз, меняют их число и расположение.

Да и вообще принцип подъёма меняется. Вместо классического вращающегося крыла получают авторы этих аппаратов "воздуходувки", работающие скорее на реактивной силе отбрасываемого вентиляторами воздуха. И как получается?

Получается по-разному. Одна из первых летающих тарелок в мире – американская машина 606A — выше 2,5 метров не поднималась. Просто не могла. Да и стабильность её оставляла желать.

Чуть-чуть большего успеха добились аппараты типа летающая платформа, а попросту – вертолёты наоборот, как оснащённые бочкой вокруг подъёмного винта, лежащего в основании аппарата, так и без оной.

Таковых пилотируемых устройств было построено немало, особенно в 1950-1960-х, но ни сравнительно свежий пример – VertiPod 2007 года, ни тщательно проработанный Aeris Naviter AN-1 AeroQuad, впервые полетевший ещё в 2003-м, революции в воздухе не совершили. Остались пылиться в ангарах компаний.





Основная начинка "Ховерпода". О деталях – ниже (иллюстрация Entecho).

И вот что интересно. Если часть изобретателей всех этих транспортных средств будущего спят и видят, как их аппараты резвятся в заоблачных высотах, вторая половина новаторов намеренно ограничивает потолок своих машин смешными величинами. К примеру, рабочая высота полёта "Вертипода" — 1,5-4,5 метра, а M200 — 3 м.

Зачем так сделано? Всё просто. Так безопаснее. Вместе с тем сохраняется колоссальная "проходимость" такой машины и ощущение полёта.

Вот и инженеры из австралийской компании Entecho, разработавшие проект транспортного средства вертикального взлёта Hoverpod, ограничили его потолок полутора метрами.

Тогда не проще ли построить обычный аппарат на воздушной подушке?

Нет. Даже большая "подушка" не в состоянии двигаться по местности с огромными валунами и глубокими ямами. Она спасует перед вертикальной стеной высотой уже около метра. И кустарник ей приходится огибать стороной.

В общем, пусть асфальт, трава, вода, снег, лёд и песок – нормальные "рабочие поверхности" для аппарата на воздушной подушке, он не может сравниться с вертолётом или самолётом в преодолении препятствий.

Hoverpod же должен брать куда более серьёзные барьеры. При этом в отличие от "подушки" он может наклоняться на виражах и дарить пилоту ощущение перегрузки, как на самолёте.

А ведь с "подушками" у "Ховерпода" немало общего. Скажем, гибкая юбка по периметру аппарата, в недрах которого спрятан большой вентилятор. Он опоясывает кабину.







Подъёмную силу "Ховерпода" создаёт не непосредственно вентилятор, а высокое давление, генерируемое под юбкой машины. Особенно сильно "давит" воздух в том месте, где он поворачивает от радиального направления к вертикальному. Ну и, добавим мы от себя, реактивная сила от ниспадающей струи тоже играет свою роль. При этом машина не является аппаратом на воздушной подушке, то есть не пользуется поддержкой земли. Хотя внешнее сходство налицо (иллюстрация Entecho).

За управление машиной по всем осям отвечает система деформации юбки в разных направлениях. Внутри её края спрятаны приводы, заставляющие юбку менять геометрию.

Отклонение воздушного потока создаёт усилие, заставляющее машину ускоряться, наклоняться, тормозить или поворачивать.

Максимальная же скорость полёта самой машины должна достичь 120 километров в час, а запас хода – 3 километра.

Миниатюрная беспилотная копия "Ховерпода" – машинка под названием Mupod — уже летает.

Этот дистанционно управляемый аппарат нацелен на рынок разведывательной техники или летающих датчиков чистоты атмосферы.

Данная летающая тарелка работает на электричестве. На борту – литиево-ионные аккумуляторы и лёгкие электромоторы. Полёт её довольно тихий, сообщают австралийцы.

Богатый опыт членов команды Entecho в проектировании механизмов и машин, в моделировании прочностных характеристик деталей, в аэродинамике, накопленный ещё до создания фирмы, позволяет надеяться, что вслед за крошечным "Мьюподом" и Hoverpod будет построен вживую.

Вероятно, он даже взлетит. Но вот насколько он окажется удобным и, главное, управляемым – покажут лишь испытания. Тем не менее эта летающая тарелка вполне может претендовать на место в ряду самых необычных транспортных средств.

5 мая 2009 года. membrana.ru.

Мириады наноантенн переправят в сеть ночной жар Земли



О тонких и гибких солнечных батареях за последние годы нам приходилось слышать не раз. Красота новой разработки состоит в том, что для преобразования света в ток здесь использован не фотоэлектрический эффект, а совсем другой процесс, а ещё — эта панель обещает оказаться самой дешёвой в производстве из всех ранее созданных. И притом — эффективной.

Исследователи из национальной лаборатории Айдахо (Idaho National Laboratory — INL) в сотрудничестве со специалистами из американской компании MicroContinuum и университета Миссури (University of Missouri) создали удивительный прототип солнечной батареи, за которую получили в прошлом году престижную премию Nano 50.

В лист 50 лучших инноваций года в области нанотехнологий вошли решётки из наноантенн, отпечатанные на тонкой и гибкой подложке.

Надо сказать, что различные проводящие "узоры" нано— и микрометрового размера на подложке из изолятора люди научились воспроизводить не вчера. Однако новизна подхода учёных из INL заключается в том, что они намерены при помощи таких хитроумных "завитков" получать электричество.

О том, что для электромагнитных волн видимого диапазона можно строить антенны наподобие радиоантенн (только в соответствующем масштабе), учёные знают сравнительно давно. О первой такой работе мы рассказывали. А вот исследователи из INL повторили аналогичный трюк для инфракрасного излучения.

Опытный образец решётки из наноантенн, напечатанных на подложке. В данном случае материал спиралей — золото, но разработчики технологии говорят, что тут можно применять и другие проводники. Снимок получен на электронном микроскопе (фото INL).Экспериментаторы пишут, что каждая такая спираль имеет поперечник в 1/25 диаметра человеческого волоса (то есть получается, что диаметр антенны составляет порядка 2-4 микрометров). Это сопоставимо с длинами волн инфракрасной части спектра.

Падение ИК-лучей на такую спираль наводит в ней напряжение. Авторы проекта говорят, что сама идея получения тока от света не за счёт фотоэффекта, а по принципу металлической антенны — не нова. Загвоздка в том, как реализовать этот принцип на практике.

Это непросто. К примеру, огромное количество антенн, плотно упакованных на подложке, при приёме волн создают поля, влияющие на соседние антенны и вообще — на материалы устройства.

Чтобы понять, как будет работать большая плёнка с "армией" антенн на ней, учёные разработали компьютерные модели, предсказывающие свойства отдельных спиралей и также рассчитывающие резонансные процессы в сложной системе из миллиардов таких элементов. Сейчас, меняя в компьютере геометрию антенн и их материал, американские экспериментаторы подбирают самые оптимальные параметры батареи для "сбора солнечного урожая".

Ещё надо отметить, что напряжение в каждой такой антенне — переменное, и его частота очень велика (в показанном прототипе — десять терагерц). Как преобразовать такое напряжение в постоянное — большой вопрос. Физики ещё думают над различными способами решения данной проблемы, например, над возможностью одновременной печати рядом с наноантеннами миллионов же микроскопических конденсаторов и специальных "высокоскоростных" диодов.

И пусть найти хороший способ преобразования переменного тока будет непросто, зато, по оценке INL, каждая наноантенна может обращать в электричество целых 80% доступной ей световой энергии.

Не вполне ясно, как именно считали создатели устройства его эффективность. Ведь на инфракрасную часть спектра излучения приходится примерно 45% общей энергии, которую несут лучи Солнца. Если считать, что показанные антенны преобразуют в ток 80% от энергии именно ИК-лучей, получится, что КПД такой солнечной батареи составит 36% или даже несколько меньше, в зависимости от плотности печати антенн на подложке.

Но и это — прекрасный показатель, пусть теперь уже и не рекорд. Массовые солнечные батареи до такого уровня эффективности ещё не добрались.

А ведь преимущество новой разработки перед классическими солнечными батареями одним КПД не ограничивается.

Во-первых, утверждают авторы исследования, такая батарея сможет выдавать ток даже ночью.

Нет, речь вовсе не идёт о сборе света звёзд или Луны (заметим, очень слабого по сравнению с прямым солнечным, к тому же исчезающего в облачную погоду), а об утилизации других волн. Это ИК-лучи, которые производит ночью земля, а также здания, асфальтовые дороги и площади, нагретые за день солнечными лучами.

Как поясняют разработчики в пресс-релизе лаборатории, в течение нескольких часов после захода Солнца земля выдаёт приличное количество энергии в виде инфракрасного излучения. Это и позволяет продлить работу новых батарей куда дольше светового дня.

Ну а во-вторых, плёнка с наноантеннами гораздо дешевле классических солнечных батарей.

Учёные также отмечают, что обычно изделия, созданные с применением нанотехнологий, обладают поперечником в считанные сантиметры. А для своего "поля наноантенн" его изобретатели разработали специальную технологию, позволяющую выпускать изделия (полимерную плёнку со столь сложным по рисунку нанопокрытием) метрового масштаба.

Забавно, что для создания опытного образца такой экзотической солнечной батареи новаторы из INL воспользовались полиэтиленовым мешком, в котором в лабораторию привезли пачку The Wall Street Journal. Эта плёнка оказалась как раз подходящей толщины.

Так что в качестве основы для новых панелей можно применять вторсырьё или просто недорогую плёнку, пусть и новую. Что до металла, то его расход ничтожен — толщина узорного проводящего покрытия в новой батарее составляет всего тысячу атомов.

Изобретатели панели считают, что в будущем на гибкой плёнке можно будет печатать сразу несколько типов преобразователей. Причём с двух сторон. Таким образом, солнечные батареи будущего смогут преобразовывать в ток широкий спектр излучения, как идущего от Солнца напрямую, так и отражённого от земли, а ещё и излучение, выдаваемое грунтом и асфальтом ночью.

Заметим, не первый раз исследователи пробуют поднять КПД превращения солнечного света в электричество и снизить стоимость солнечной энергии, придумывая экзотические варианты генераторов (как, например, в этом любопытном проекте термоэлектрического солнечного генератора без подвижных частей).

Какой вариант окажется самым жизнеспособным, предсказать сложно. Сами учёные из INL утверждают, что им потребуется всего несколько лет для того, чтобы довести идею, заложенную в технологии ИК-наноантенн, до промышленной реализации и вывода на рынок.



11 февраля 2008. membrana.ru.


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет