Tíz legnagyobb fizikai és csillagászati ​​esemény 2017-ben

Tíz legnagyobb fizikai és csillagászati ​​esemény 2017-ben

Alexey Ponyatov,
Fizikai és matematikai tudomány kandidátusa
"Tudomány és élet" №1, 2018

Gravitációs hullámok a neutroncsillagok egyesüléséből

A neutroncsillagok ütközése. Illusztráció: NSF / LIGO / Sonoma állami egyetem / A. Simonnet

A legjelentősebb 2017-es felfedezés az első a gravitációs hullámok két neutroncsillag egyesüléséből való regisztrálásának történetében. A csillagászok először sikerült egyidejűleg kijavítani a fúzió során fellépő gamma-sugárzást, majd megkeresték és megvizsgálták a helyet, ahol a kozmikus katasztrófa történt – 100 millió fényév a Földről.

A gravitációs hullámokat a LIGO (USA) gravitációs hullám detektorok és a Szűz (Franciaország, Olaszország), és néhány másodperc múlva az Integral (ESA) és a Fermi (NASA) űrkutatások rövid gammasugárzást rögzítettek. A földi és az űrkutatási központok összeköttetésben voltak a jel forrásával, majd több tucat napig követték a "robbanás" fokozatosan haldokló maradványait. Az IKI RAN orosz kutatói, a GAISH Moszkvai Állami Egyetem és az FTI neve Joffe A.F.

Ez a felfedezés az asztrofizika számos problémájával kapcsolatos. Először is, az erőteljes gamma-sugár robbanás eredetének kérdésére, amely másodpercenként több energiát bocsát ki az év több milliárdjainál, mint a Nap.

Az asztrofizikusok már régóta azt feltételezték, hogy a burstok forrása lehet két neutroncsillag fúziója, de most már bizonyítékot szereztek a fejlett elmélet érvényességéről. A csillagok ütközésének következtében egyidejűleg egy gamma-sugár robbanásakor a csillagelemek egy része nagy sebességgel kerül a környező térbe. Ez a jelenség, amelyet 2013-ban fedeztek fel, megkapta a kilon nevét. Ezután a feltöltött felhőkből származó radioaktív elemek stabilakká válnak, sugárzást generálva. A csillagászok számos nehéz elemet fedeztek fel a felhőben, mint például az arany és a platina, ami lehetővé teszi számunkra, hogy a csillagfúziókat a fiatal világegyetemben hiányzó nehéz elemek valódi galaktikus gyárai legyenek.

53 qubit-os kvantum számítógép

A kvantumszámítógépek, amelyekhez nagy elvárások társulnak, még nem hoztak létre, de 2017-ben fontos lépéseket tettek ennek az ötletnek az életre való hozatalához. A kvantumszámítógépek a qubitekkel dolgoznak – olyan objektumok, amelyek a legkisebb információt tartalmazzák – analógok egy kicsit rendszeres számítógépen. A qubits száma határozza meg a kvantum számítógép képességeit.

Novemberben a magazinban természet kiadott cikkeket a kvantumrendszerek szimulációjáról, 51-es és 53 qubit-os kvantum számítógéppel. Ezt megelőzően az ilyen univerzális eszközök 20 qubitre korlátozódtak. A qubit-ek számának 2,5-szeres növekedése többszörösen növelte a számológépek képességeit. Az 51 qubit-os kvantum számítógépet Mikhail Lukin vezetésével hozták létre, aki az orosz Quantum Center és a Harvard Egyetemen dolgozik. Július 28-án ilyen eszközt mutattunk be a Moszkvai Nemzetközi Kvantum Technológiai Konferencián.

Stabil fémes hidrogén

Januárban a Harvard fizikusai arról számoltak be, hogy a történelem során először kis mennyiségű stabil fémhidrogént kaptak. A minta mérete 1,5 × 10 μm volt. Elméletileg a fémes hidrogén létezését nagy nyomáson 1935-ben előre jelezték. Természetben ezek a feltételek a csillagok és az óriás bolygók mélyén valósulnak meg. 1996 óta sokszor kompresszálódott sokk nyomással, de a hidrogén nagyon rövid ideig ilyen állapotban létezett.

A stabil fémhidrogének előállításához a Harvard csapata olyan üzembe helyezést alkalmazott, ahol a gyémánt kúpok 495 gigapascal nyomást fejlesztettek ki, ami kb. Ötmilliószorosa a normál légköri nyomásnak.

A tisztán tudományos értéken kívül ez az egzotikus anyag praktikus alkalmazást is találhat – magas hőmérsékletű szupravezető (ebben az esetben a -58.°C).

A röntgenmentes elektron-lézer elkezdett dolgozni

Szeptember 1-jén a világ legnagyobb európai XFEL-elektron elektron XFEL hivatalos megnyitó ünnepségén (röntgenmentes elektron lézer), amelynek létrehozásában Oroszország részt vett. Valójában egy lézer, vagyis egy bizonyos típusú optikai sugárzás forrása, ez a beállítás nem. Ebben a rézsugárzás, amely hasonló a lézerfényben lévő tulajdonságaihoz, olyan elektronsugarat hoz létre, amelyet a fénysebesség közelébe gyorsítanak. Az XFEL-nél a világ legnagyobb szupravezető vonalát 1,7 km hosszúságban használják. A gyorsított elektronok belépnek az áramlásszabályozóba, olyan eszköz, amely időszakosan változó mágneses mezőt hoz létre a térben. A cikcakkút mentén, az elektronok a röntgen-tartományban bocsátanak ki. Az új egyedülálló létesítmény másodpercenként 27000-szeres rekordfrekvenciájú ultrashort röntgenfelvételeket generál, csúcsfelbontása pedig milliárdszor nagyobb, mint a meglévő röntgenforrások.

Teljes alagútgyorsító. Fotó: Európai XFEL / Heiner Müller-Elsner

Több mint 60 kutatócsoport már kísérletet tett. A feltörekvő világos és nagyon rövidebb röntgenimpulzusok segítségével a kutatók láthatják nemcsak az atomok elrendezését a molekulákban, hanem az ott előforduló folyamatokat is. Ez lehetővé teszi új szint elérését a fizika, a kémia, az anyagtudomány, az élettudományok és a biomedicina területén. Például új gyógyszerek létrehozásakor a szakemberek, akik ismerik az atomok pontos elhelyezkedését a fehérjemolekulákban, képesek lesznek olyan anyagokat felvenni, amelyek megakadályozzák, vagy fordítva ösztönzik munkájukat. A kristályok szerkezetének ismerete lehetővé teszi a kívánt tulajdonságokkal rendelkező anyagok kifejlesztését.

Neutrino regisztráció elasztikus visszapattanással

2017 szeptemberében egy nagyméretű nemzetközi fizikuscsoport, köztük Oroszország is bejelentette, hogy felfedezi az elasztikus koherens neutrínó szóródást az anyag magjain. Ezt a jelenséget Daniel Friedman, a Massachusetts Institute of Technology egyik elmélete 1974-ben előre jelezte. A neutrinok egy elhanyagolható részecske, és a befogás érdekében a kutatók hatalmas, tízezer tonna vizet tartalmazó létesítményeket építenek.Friedman rájött, hogy a neutrínó hullám tulajdonságainak köszönhetően kölcsönösen kölcsönhatásba lép a nukleusz összes protonjával és neutronával, ami jelentősen növeli a megfontolandó kölcsönhatások számát – a neutrínó a magból visszahúzódik. A kutatók 461 napig 134 ilyen eseményt figyeltek meg.

A kompakt neutrínó detektor, amelyet a fizikus Björn Scholz nyomott a kezében, hasonlít egy rendes formájú és méretű palackra. Fotó: Juan Collar / uchicago.edu

Ez a felfedezés nem kényszeríti a tankönyvek átírását. Ennek értéke egy kis méretű detektor kísérletezőinek létrehozásában rejlik, amelyben csak 14,6 kg cézium jodid kristály van. A kis hordozható neutrino detektorok számos alkalmazást találnak, például az atomreaktorok felügyeletére. Sajnálatos módon az összes óriás detektor nem helyettesíthető minden kísérletben, mivel a koherens szóródáson alapuló detektor nem képes megkülönböztetni a neutrínos típusokat.

Időleges kristály – két lehetőség

Márciusban két, az Egyesült Államok kutatócsoportja számolt be az anyag új állapotáról, az úgynevezett idő kristályról – az időbeli kristályról (lásd"Science and Life", No. 6, 2017, "Idő Ripples, vagy amikor a fizika jobb, mint a fikció"). Ez egy új ötlet a fizikában, amelyet az utóbbi években széles körben vitattak meg. Az ilyen kristályok a részecskék folyamatosan mozgó szerkezetei, amelyek időben megismétlődnek. Az egyik csoport egy itterbium-láncot használt, amelyben a rendszer mágneses pillanatának vetülete lézerek hatására rezgett. A másik egy körülbelül egymillió rendezetlen hibát tartalmazó kristályt tartott, amelyek mindegyikének saját mágneses pillanata volt. Amikor egy ilyen kristályt mikrohullámú sugárzási impulzusnak vetettek alá, hogy megforgatják a pörgetést, a fizikusok rögzítették a rendszer reakcióját olyan frekvencián, amely csak az izgalmas sugárzás frekvenciájának csak töredéke volt. Az alkotások vitát váltottak ki: lehet-e ezeket a rendszereket időleges kristályoknak tekinteni? Végül is elméletileg a rendszereknek külső befolyás nélkül kell ingadozniuk. De mindenesetre az ilyen időleges kristályokat alkalmazzák szuper-pontos szenzorok szerepében, például a legkisebb hőmérsékleti és mágneses térbeli változások mérésére.

Földszerű egzoplanetek

Az elmúlt években a csillagászok számos exoplanetát fedeztek fel – más csillagok körül keringő bolygók. Azonban a földi bolygók felfedezése olyan zónában, ahol folyékony víz létezhet, és így az élet (lakható zóna), nem kevésbé gyakori. Februárban a NASA csillagászai bejelentették hét exoplanet felfedezését a TRAPPIST-1 vörös törpe rendszerben (három bolygót találtak már 2016-ban), amelyek közül öt közel van a Földhöz, és kettő valamivel kisebb a Földnél, de nagyobb, mint a Mars. Ez több, mint bármely más rendszer. Legalább három bolygó, és talán mindegyik a lakható zónában van.

A TRAPPIST-1 rendszer bolygói a Naprendszer bolygóihoz képest. Illusztráció: NASA / JPL-Caltech

A TRAPPIST-1 ultrakönnyű, körülbelül 2500 K hőmérsékletű, törpe csillag, amely a Nap tömegének mindössze 8% -át (vagyis valamivel többet, mint a Jupiter bolygót), körülbelül 40 fényévtől a Földig. A bolygók nagyon közel vannak a csillaghoz, és a legtávolabbi pályájuk sokkal kisebb, mint a Mercury pályája. Augusztusban a Hubble Űrteleszkópot használó csillagászok beszámoltak a TRAPPIST-1 rendszer víztartalmának első ötleteiről, ami lehetővé teszi az élet lehetőségét.

Áprilisban csillagászokegy másik vörös törpe – LHS 1140 élőhelyzónájában – egy Föld mérete 1,4-szeresének mérete alapján számolt be egy földi bolygó felfedezéséről. Kétszer kevesebb fényt kap, mint a Föld. A felfedezés szerzői jó jelöltnek tartják a földönkívüli élet kutatását.

Decemberben az amerikai csillagászok jelentették a nyolcadik bolygó felfedezését a Kepler-90 csillagrendszerben, amely körülbelül 2500 fényéves évvel a Földről származik. Ez a rendszer a bolygók számához képest a legközelebb áll a naprendszerhez. Igaz, a talált bolygó túl közel van a csillaghoz, és a felszíni hőmérséklet több mint 400 ° C. Érdekes módon a bolygót akkor találták meg, amikor a Kepler teleszkópból származó adatokat neurális hálózattal dolgozott fel.

A Cassini misszió befejezése

A Saturn gyűrűinek képét a Cassini készülékkel szerelték fel. Részletek: Űrtudományi Intézet / Jpl-caltech / nasa

Szeptember 15-én a Szaturnusz felszínén véget ért a 13 éves Cassini űrszonda küldetése. 1997-ben indult, 2004 óta felkutatja a hetedik bolygót, amely hatalmas mennyiségű adatot és egyedi fényképeket továbbít a Földnek. Életének utolsó szakasza – a "nagy döntő" 2017. április 26-án kezdődött. Cassini 22 járatot indított a bolygó és a belső gyűrű között.Az ilyen mély "merülések" sok új információt adtak, különösen a Szaturnusz gyűrűs ionoszféra elektromos és kémiai kötéseiről.

A 2017-es szondából származó adatok alapján a csillagászok arra a következtetésre jutottak, hogy a Szaturnusz gyűrűi sokkal fiatalabbak, mint a bolygó, amely körülbelül 4,5 milliárd éves. A gyűrűk életkora 100 millió évre becsülhető, így a dinoszauruszok kortársai.

A kutatók úgy döntöttek, hogy "leesik" a szondát a bolygón, nehogy véletlenül szárazföldi baktériumokat bocsásson a Saturn Titan és Enceladus műholdjába, ahol helyi mikroorganizmusok lehetnek.

Quark termonukleáris

Novemberben a magazinban természet Megjelent egy cikk, amelyben az Egyesült Államokból és Izraelből két fizikus elméletileg elmondta, hogy a quark szintjén a termonukleárisokhoz hasonló reakció lehet, de lényegesen nagyobb energiafelszabadulással. Mint ismeretes, a termonukleáris reakció során a könnyű elemek egyesülnek az energia felszabadításával. Hasonló reakció léphet fel az elemi részecskék ütközésében, amelyek a modern fogalmak szerint kvarkokból állnak. Ebben az esetben a megütköző részecskék kvarkjai kölcsönhatásba lépnek és csoportosítják egymást. Ennek eredményeképpen egy új részecske jelenik meg a kvarkok különböző energiájával, és az energia felszabadul.

A kutatók két lehetséges reakciót jeleztek.Az elsőben, amikor a két elvarázsolt quark összeolvad, a 12 MeV energiája felszabadul. A két alsó kvark összefolyásakor 138 MeV-ot kell szabadulni, ami közel nyolcszor nagyobb, mint egy külön deutériumban és trícium fúzióban termonukleáris reakcióban (18 MeV). E feltevések gyakorlati alkalmazását még nem veszik figyelembe a kvarkok életének kicsi volta miatt.

Az excitons kondenzálódott

Decemberben az Egyesült Államok, Nagy-Britannia és Hollandia fizikusainak egy csoportja bejelentette az újfajta anyag felfedezését, amit excitust neveztek. A kvázi-részecske excitust – egy kristálynak egy kiváltságos állapotát, amelyet egy elektron vegyületként és egy hidrogénatomhoz hasonlító lyukként lehetett ábrázolni – a szovjet fizikus Jacob Ilich Frenkel 1931-ben előre jelezte.

A gerjesztés a bozonokhoz, a teljes centrifugálással rendelkező részecskékhez tartozik, és elég alacsony hőmérsékleten a bozonrendszer különleges állapotba kerül, amelyet kondenzátumnak neveznek, amelyben minden részecske azonos kvantumállapotban van, és viselkedik, mint egy nagy kvantum hullám. Emiatt a Bose folyadék szuperfluid vagy szupravezetővé válik. A kutatók sikeresen észlelik a Bose-gőzkibocsátás kondenzátumát 1T-TiSe kristályokban2.

A felfedezés fontos a kvantummechanika továbbfejlesztése szempontjából, és a gyakorlatban a szupravezetés és az excitális szuperfluiditás használható.


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

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