Информация Новости физики

К

Классификатор

Re: Новости физики
Ученые из Университета Нового Южного Уэльса предложили схему атомных часов, которые превосходят по точности современные аналоги на несколько порядков

Подобная схема в теории дает погрешность порядка одной десятой секунды за 14 миллиардов лет. Для сравнения, время существования Вселенной - 13,6 миллиарда лет. В качестве основного объекта для измерения времени ученые предлагают использовать положительный ион тория-229. Ученые установили, что магнитно-дипольный переход в ядре (то есть периодическое изменение магнитного состояния, связанное с магнитным моментом) в таком ионе можно использовать для отсчета времени.



"В атомных часах в качестве маятника используется электрон, летающий вокруг атомного ядра. Но нам удалось показать, что с помощью лазеров мы можем ориентировать электроны вокруг ядра так, что маятником будет служить нейтрон в ядре", - приводит университет слова одного из авторов исследования Виктора Фламбаума.

Физик также добавил, что именно благодаря подобной схеме ученым удается достичь высокой точности часов. В частности, это связано с тем, что нейтроны менее подвержены внешним воздействиям, чем электроны. Исследователи предсказывают, что созданные по их схеме часы смогут обеспечить точность отсчета времени до 19 знака после запятой.

Сами ученые говорят, что их часы позволят физикам проводить эксперименты с невероятной точностью. Примечательно, что в августе 2011 года NASA объявило три проекта, которые в рамках программы Technology Demonstration Missions получат 175 миллионов долларов на разработку. Одним из проектов стали бортовые атомные часы для космических нужд. В них в качестве маятника планировалось использовать ионы ртути
 
H

|{HЯ3b.74

Re: Новости физики
Физики проверили принцип Ландауэра на практике

Физики впервые на практике продемонстрировали так называемый принцип Ландауэра. Принцип Ландауэра был сформулирован работавшим на тот момент в IBM Рольфом Ландауэром в 1961 году. Этот принцип утверждает, что вне зависимости от технической реализации вычислительной системы, при стирании одного бита информации выделяется не менее некоторого фиксированного количества теплоты. Фактически, работа, необходимая для стирания, пропорциональна термодинамической энтропии системы.

В рамках работы ученые получили простейшую модель бита. Для этого они поместили кремниевую частицу в коллоиде в потенциальную яму при помощи лазерного луча. Рядом располагалась еще одна яма. Перемещение частицы из одной ямы в другую соответствовало изменению состояния такого бита.

attachment.php



По словам ученых, в результате эксперимента им удалось приблизиться к теоретическому пределу, описанному Ландауэром. При этом количество теплоты, с замедлением процесса стирания сначала уменьшалось, однако вблизи предела практически оставалось неизменным.

В июне 2011 года в Nature появилась статья, авторы которой с теоретической точки зрения рассматривали принцип Ландауэра для квантовых компьютеров. В результате, им удалось установить, что наличие квантовой запутанности не влияет на принцип с той лишь разницей, что работа оказывается пропорциональна уже условной энтропии (квантовому аналогу классической энтропии).

При этом обнаружился неожиданный эффект - из-за того, что условная энтропия может быть отрицательной, работа при выполнении некоторых операций может оказываться меньше нуля. Как следствие, компьютер при работе будет не нагреваться, а охлаждаться.

На изображении схема работы бит, использованного в работе. Иллюстрация авторов исследования.
 
К

Классификатор

Re: Новости физики
ЛАЗЕРЫ

Лазер в Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций установил новый рекорд энергии

Лазер в Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций установил новый рекорд энергии. Об этом сообщают Nature News. Рекорд был установлен еще 15 марта, однако известно об этом стало только сейчас. В рамках эксперимента 192 лазера, работающих в ультрафиолетовом диапазоне, одновременно создали импульс с энергией свыше 2 мегаджоулей. После поправки на все энергетические потери, ученые определили, что в точке, где должна была располагаться цель импульса (выстрел был холостой), была достигнута энергия в 1,875 мегаджоуля. Это на 0,075 мегаджоуля больше предыдущего рекорда.



В сообщении подчеркивается, что повреждения лазерной оптики, вызванные столь мощным лучом, были сравнительно небольшими – так, следующий «выстрел» лазером был проведен уже через 36 часов после рекордного импульса. Как скажется дополнительная энергия на работе лазера пока неизвестно.

Национальный комплекс лазерных термоядерных реакций располагается в Ливерморской лаборатории в Беркли. Главная цель комплекса – осуществление инерциального термоядерного синтеза (вид синтеза, при котором топливо удерживается собственными силами инерции). Помимо этого он используется военными для проведения разного рода исследований, связанных, например, с ядерным оружием.
 
К

Классификатор

Re: Новости физики
InGaN позволяет создавать качественные фотоаноды для получения альтернативной энергии

Посмотреть вложение 1902303
Нанопровода нитрида иридия галлия, выращенные на массиве кремниевых проводов.


Как показали последние исследования ученых из США, нанопровода из нитрида иридия галлия, выращенные на массивах кремниевых проводов, позволяют создать идеальные фотоаноды для расщепления воды при помощи солнечного света. В ходе экспериментов было обнаружено, что плотность фототока в таких структурах в пять раз выше, чем в массивах нанопроводов нитрида иридия галлия, выращенных на плоском образце кремния.

Реакция расщепления воды при помощи энергии солнца может в будущем стать экологически чистым источником возобновляемой энергии. Однако ученые из лабораторий по всему миру до сих пор продолжают поиск наиболее эффективных материалов для создания фотоэлектродов, которые будут использоваться в этом процессе.

Очередной шаг в этом направлении сделали ученые из University of California и Lawrence Berkeley National Lab (США). Сотрудники совместной научной группы впервые смогли получить монокристаллические нанопровода из нитрида иридия галлия еще в 2007 году. Уже тогда они обнаружили, что, в зависимости от концентрации иридия, такие нанопровода имеют запрещенную зону в диапазоне от 1 до 3,3 эВ. А вот последняя работа научной группы показывает, что, благодаря небольшой ширине этой запрещенной зоны (которую можно настроить для покрытия наиболее широкой части спектра солнечного излучения и оптимального поглощения солнечного света), подобные нанопровода могут использоваться в качестве эффективных фотоанодов для расщепления воды при помощи солнечной энергии. Однако упомянутые наноструктуры имеют большую площадь поверхности, таким образом, электроды должны быть оснащены большим количеством катализатора для запуска химической реакции расщепления воды. Подробные результаты работы ученых были опубликованы в журнале Nano Letters.

В рамках своих экспериментов группа ученых выращивала сложные структуры из кремния и нитрида иридия галлия при помощи покрытия кремния с примесями n-типа нанопроводами из нитрида иридия галлия, а также последующего «обжига» полученных структур при высоких температурах. Измерения фототока через созданную структуру показало, что в такой конфигурации он увеличивается в пять раз, по сравнению с массивами нанопроводов нитрида иридия галлия, выращенными на плоской поверхности кремния.

Одной из главных проблем, связанных с использованием полупроводников, содержащих азот, является их химическая стабильность в условиях длительного фотоокисления. Команда провела тестирование своей структуры и обнаружила, что плотность фототока остается стабильной, даже при длительном освещении интенсивным светом (350 мВт на квадратный метр). Кроме того, как показали исследования посредством просвечивающей электронной микроскопии, в этих условиях не наблюдается процессов разложения нанопроводов из нитрида иридия галлия. Их кристаллическая структура остается неизменной.

Хотя полученные предварительные результаты обнадеживают ученых, работающих в этом направлении, существует еще множество вопросов, на которые предстоит ответить, прежде чем классифицировать открытие как применимое или не применимое в коммерческих масштабах. В частности, необходимо решить проблему низкого общего фототока в такой системе и короткого времени жизни свободных носителей заряда (электронов и дырок). В ближайшее время научная группа планирует оптимизировать созданные наноструктуры для решения этих проблем.
 
К

Классификатор

Re: Новости физики
Физики создали модель Вселенной на основе атома

Международная группа ученых создала такие условия для электрона, при которых его поведение стало подчиняться фундаментальным законам классической механики. В результате на примере атома калия была получена точная модель взаимодействия Юпитера со своими троянскими астероидами. Также в некотором роде была подтверждена справедливость старой гипотезы Нильса Бора.


Еще в начале XX века Эрнст Резерфорд предложил свою модель устройства атома. Согласно представлениям знаменитого ученого, природа устройства атома весьма похожа на строение планетной системы. Учение сводится к тому, что в центре атома находится ядро, которое в модели устройства планетной системы аналогично звезде. Вокруг орбиты атома по строгим траекториям вращаются электроны. Точно также и планеты вращаются вокруг звезды по стандартным орбитам. Из гипотезы Резерфорда следовал вывод, что понять и изучить модель поведения планетных систем можно на примере любого атома. Такой метод изучения гораздо проще с точки зрения рациональности - ведь не требуются мощные телескопы.

К сожалению, вместе с развитием науки в целом, и физики в частности, пришлось отказаться от применения теории Резерфорда. Это объясняется массой выявленных впоследствии противоречий. В соответствии с понятиями классической электродинамики, электрон, вращаясь с центростремительным ускорением вокруг ядра, должен излучать электромагнитные волны, то есть терять энергию. В результате электрон бы потерял энергию полностью и просто упал бы на ядро. При этом промежуток времени, за который электрон полностью теряет свою энергию, составил бы всего сотые доли секунды.

Позже ученым стало известно, что движение электрона вокруг ядра не происходит в соответствии с законами классической механики. В результате была создана новая область знаний - квантовая механика. Учения квантовой механики имеют большое значение в развитии современной физики, поскольку дают множество ответов на ранее не отвеченные вопросы. Теперь достоверно известно и подтверждено, что электроны свою энергию не теряют. Также и траектория их движения характеризуется крайней неопределенностью, поэтому можно только говорить о вероятности появления электрона в том или ином месте околоядерного пространства в заданное время.

Сегодня поведение электронов принято описывать с точки зрения их волновой функции, квадрат модуля которой определяет плотность вероятности появления элементарной частицы в конкретной точке в заданный промежуток времени. Говоря иными словами, электрон просто "размазывается" вокруг ядра. Поэтому невозможно точно определить местоположение электрона в интересуемый отрезок времени - можно лишь говорить о вероятности появления частицы в том или ином месте.

Сделать поведение электронов предсказуемым теоритически возможно. Для этого необходимо каким-то образом коллапсировать волновую функцию электрона, после чего частица будет вести себя как локализованный объект, или точка. Коллапсировать волновую функцию электрона при этом следует таким образом, чтобы электрон вместе с ядром не разрушились.

Таким образом, совместными усилиями ученых университета Райса (США), Венского технологического университета и американской национальной лаборатории Окриджа удалось провести эксперимент с использованием атома калия. Сначала частица была переведена в состояние, подобное состоянию атома Ридберга, то есть такое состояние, при котором внешний электрон атома находится в сверхвозбужденном состоянии. Такое состояние достигается, чаще всего, путем воздействия на отдельный атом резонансным лазерным излучением или созданием радиочастотного разряда. В описываемом эксперименте ученые применили первый способ.

В ходе опытов волновая функция атома калия была коллапсирована, после чего изображение электрона атома на снимках стало похоже на "запятую". Однако был выявлен один существенный недостаток: при воздействии на атом лазерного излучения частица полностью разрушалась. В этом случае ученые дополнительно воздействовали на атом вращающимся радиочастотным электрическим полем, после чего был достигнут требуемый эффект - электрическое поле воздействовало на электрон и заставило его синхронно двигаться вокруг ядра. В этот же момент воздействие на систему другого электрического импульса позволило мгновенно получить изображение испытуемого атома Ридберга.

После анализа десятков тысяч полученных снимков физики установили, к своему великому удивлению, что локализованный электрон атома калия имел такое же поведение, как и троянские спутники Юпитера.

Стоит отметить, что так называемые троянские спутники представляют собой особые небесные тела, которые находятся в пределах точек Лагранжа L4 и L5 в орбитальном резонансе 1:1 в любых планетных системах. Например, у Юпитера количество подобных троянских спутников порядка 4 тысяч.

Таким образом, теория Нильса Бора была в какой-то степени доказана современными учеными, которые выдвинули предположение, что при определенных условиях модель микромира очень схожа с моделью макромира, в особенности касательно строения и механизма взаимодействия различных тел планетных систем.

Посмотреть вложение 1903523


http://sfiz.ru/page.php?al=fiziki_sozdali_model_vse
 
К

Классификатор

Re: Новости физики
Создан миниатюрный неорганический ультрафиолетовый светодиод

Посмотреть вложение 1903543

Благодаря совместным усилиям итальянских и американских ученых удалось разработать первый микроскопический неорганический светодиод, сконструированный на основе оксидов кремния и олова. Светодиод излучает частоты в ультрафиолетовом диапазоне и пригоден для интеграции в различное сложное оборудование, применяемое в медицине. Более подробная картина американо-итальянской разработки представлена в научном журнале Nature Communications.

На сегодняшний день существует два типа светодиодных излучателей - органические и неорганические. Органические светодиоды довольно распространены, просты в производстве и применяются практически повсеместно. Неорганические излучатели являются более сложными устройствами и применяются при проектировании высокоточных видов приборов, которые используются в химически агрессивных средах. Низкая энергоэффективность миниатюрных светодиодов неорганического типа, а также их высокие себестоимость и токсичность препятствуют широкому распространению этих устройств.

Во время экспериментов итальянские физики из Университета Бикокка (Милан, Италия) под началом Альберто Палеари обнаружили интересные свойства, которыми обладают наноструктуры диоксида олова в частоте ультрафиолетового диапазона. Было замечено, что шарики, изготовленные из диоксида олова и имеющие диаметр 4-5 нанометров, испускают ультрафиолетовые кванты. Во время работы излучателя образцы сильно окислялись, что приводило светодиоды из двуокиси олова в негодность.

Однако решить эту проблему ученые смогли следующим образом: шарики из диоксида олова были обернуты пленкой из кремния, подготовленного особым образом. В результате тонкая пленка препятствовала доступу кислорода к атомам олова и не препятствовала взаимодействию электронов внутри микрообъектов. Полученные в результате образцы отличались достаточной стабильностью, поэтому физикам удалось собрать новый неорганический ультрафиолетовый светодиод.

Некоторое количества шариков из атомов олово было размещено в особом соединении кремния, кислорода и хвоста этилена - тетраэтил-ортосиликате. Далее объекты, выполненные в виде небольших кремниевых пластинок, были покрыты тонким слоем субстанции из олова и тетраэтил-ортосиликата.

Во время высушивания жидкости все органические вещества испарились, а вместо раствора осталась тонкая пленка, которая представляла собой "пирог", представляющий смесь оксида кремния с включениями шариком диоксида олова. После выпаривания жидкости образец в верхней своей части был покрыт тонкой пленкой тончайших электродов, выполненных из золота и титана. Как и ожидали ученые, сконструированное устройство превосходно излучало волны в ультрафиолетовом диапазоне. При этом эффективность светодиода была довольно высокой - на выработку одного фотона ультрафиолетового диапазона расходовалось порядка 300 электронов. Для сравнения стоит отметить, что самые лучшие образцы существующих сегодня неорганических светодиодов являются менее эффективными - для испускания одного фотона излучения в инфракрасном диапазоне расходуется около 1 тыс. электронов.

При дальнейших исследования разработанная модель неорганического светодиода отлично функционировала в химически агрессивных средах - этаноле, ацетоне, воде и других видах органических растворителей. Планируется, что в перспективе новейшие светодиоды найдут применение при производстве сложнейших медицинских датчиков и иных приборов, в которых необходимо использование микроскопических светодиодов, способных излучать ультрафиолет.
 
К

Классификатор

Re: Новости физики
Предложен новый способ формирования светового канала

Посмотреть вложение 1906243
Схематическое изображение фокусировки световых пучков при распространении в узких параллельных друг другу стеклянных полосках.

Свет, падающий на некую поверхность, оказывает на нее крошечное давление. Обычно это давление имеет не значительный эффект, но, оказывается, оно также может использоваться для фокусировки света, проходящего через узкие полоски стекла. Как показали последние теоретические изыскания ученых из Германии, свет, проходящий через расположенные рядом полоски стекла, создает небольшой изгиб в материале, в результате чего фокусируется в узкий луч. Ученые предсказывают, что данный метод фокусировки света будет работать для всех длин волн, т.е. работа в будущем может привести к созданию принципиально нового способа управления световыми пучками.

На сегодняшний день уже во многих устройствах оптические сигналы заменяют электрические, так что одним из популярных направлений исследований являются попытки расширить набор инструментов для управления световыми пучками, особенно в небольших масштабах. Одну из работ в этом направлении в журнале Physical Review Letters недавно опубликовали ученые из Max Planck Institute for the Science of Light (Германия).

Исследовательская группа проанализировала поведение света, распространяющегося через два тонких стекла, расположенных параллельно друг другу на расстоянии 300 нм. Это могут быть, к примеру, две тонкие стеклянные полоски внутри оптического кабеля. Толщина стеклянных полосок в рамках исследований была от 200 до 400 нм, а ширина - 70 микрон. Кроме того, полоски были жестко закреплены по краям.

Хотя свет, распространяющийся по описанным полоскам, сосредоточен внутри стекла, электромагнитное поле распространяется за его пределы, в том числе в зазор между полосками. Это поле оказывает воздействие на полоски, притягивая их друг к другу или, наоборот, отталкивая. Рассчитанное учеными искривление оказалось невелико - порядка 1 или 2 нм (в основном из-за слабых интенсивностей света, рассматривавшихся в теоретическом расчете). Однако этого оказалось достаточно, чтобы повлиять на распространение света в стеклянных полосках. Ученые описали изменения с помощью эффективного показателя преломления, который варьируется, в зависимости от ширины стеклянных полосок и степени их изгиба.

В результате искривлений, свет, распространяющийся по полоске, фокусируется в один или несколько узких пучков. Такое поведение объясняется при помощи классической электромагнитной теории в сочетании с учетом параметров упругости стекла. Изгиб стеклянной полоски приводит к сложной обратной связи, ведь давление на один ее участок приводит к искривлению всей полосы, т.е. изменению условий распространения света во всем ее объеме. Это, в свою очередь, изменяет оптическое давление и изгиб стеклянной полосы. При помощи повторяющихся циклов расчетов, команда пришла к стабильному решению задачи, в котором картина распространения света согласуется с изгибом стеклянных полос. В этом случае свет фокусировался в один или два луча в каждой из двух стеклянных полос.

Хотя работа носит чисто теоретический характер, по мнению ученых, не составит труда создать практическую систему, в которой свет распространяется на расстояние порядка нескольких метров. Поскольку речь не идет об использовании каких-либо резонансных явлений, данная схема будет работать для света любой длины волны. Характер полученной картины (количество лучей) можно регулировать, в том числе и параметрами начального импульса света, поданного на стеклянные полоски.
 
H

|{HЯ3b.74

Re: Новости физики
Объявлены результаты параллельной проверки опыта по превышению скорости света

attachment.php

Установка ICARUS была построена для нескольких видов экспериментов. В частности, она ловит нейтрино, пришедшие из космоса и от Солнца. Но также может фиксировать и частицы, созданные людьми (фото Istituto Nazionale di Fisica Nucleare).


Нейтрино, ранее заподозренные в преодолении скорости света, похоже, чинно соблюдают вселенские «правила дорожного движения». Подтверждение незыблемости известных законов природы пришло из Италии. Правда, подтверждение это ещё не окончательное.

Напомним, сенсационные результаты, вызвавшие жаркие споры в среде физиков, были получены в 2011 году при посылке пучков нейтрино из европейского центра ядерных исследований в итальянскую лабораторию Гран-Сассо на расстояние в 730 километров (CERN Neutrinos to Gran Sasso). Превышение константы c было зафиксировано и в повторных попытках.

В феврале 2012 года учёные всё же сумели выявить некоторые предполагаемые аппаратные ошибки в работе использованного в том эксперименте нейтринного детектора OPERA. Однако, это не прояснило ситуацию окончательно, поскольку у этих погрешностей было разноимённое (в плюс и минус) влияние, а их точная величина – ещё не установлена.

Первый возможный источник погрешности – осциллятор, который используется для получения метки времени для синхронизации с GPS. Он может привести к переоценке времени полёта нейтрино. Второй — оптический разъём волокна, которое передаёт сигнал GPS на часы OPERA. Его неправильная работа, вероятно, приводит к недооценке времени полёта нейтрино.

На 100% загадка ошибки не разрешена и сейчас. Тем не менее, история получила продолжение благодаря другому эксперименту — ICARUS. Этот детектор нейтрино тоже расположен в лаборатории Гран-Сассо и тоже способен ловить частицы, посылаемые из ЦЕРНа.

Опыты с короткими пучками частиц на ICARUS были проведены в минувшем году. Теперь обработаны результаты. Оказалось, что нейтрино достигли детектора в точном соответствии с теорией, то есть они не двигались быстрее света в вакууме.

«Свидетельства начинают указывать на то, что данные OPERA были результатом артефакта измерения, — передаёт Science Daily слова директора ЦЕРНа по исследованиям Серджио Бертолуччи (Sergio Bertolucci). – Но важно быть точными. В ходе новых экспериментов в Гран-Сассо на установках BOREXINO, ICARUS, LVD и OPERA будут проведены новые замеры с импульсными пучками. Окончательный вердикт может быть получен в мае».
 
К

Классификатор

Re: Новости физики
Охлаждение при помощи теплого света

Посмотреть вложение 1914003
Схематическое изображение эксперимента с двумя зеркалами, в результате которого одно из зеркал охлаждается под действием некогерентного излучения.

Известно, что лазеры могут охлаждать отдельные атомы благодаря тому, что фотоны лазерного излучения когерентны, т.е. синхронизированы и упорядочены. Но, как оказалось, сходный эффект может давать и некогерентное излучение. В соответствии с двумя теоретическими работами, некогерентное излучение от солнца или полупроводникового светодиода может охладить небольшой объект. Работы основаны на различных принципах: в первом случае тепловая энергия уносится электронами, а во втором – тепло излучается через световые волны. Обе схемы охлаждения работают благодаря энергетическим уровням индивидуальных квантовых систем. Подобная «холодильная установка» может решить проблему охлаждения при строительстве квантового компьютера.

Идея охлаждения с помощью тепла не нова. К примеру, абсорбционная холодильная установка использует источник тепла для запуска и поддержания цикла испарения-конденсации, похожего на тот, что реализован в обычном бытовом холодильнике. Теоретически в качестве этого источника тепла может использоваться и свет, однако при такой схеме мощность охлаждения получается не высокой. Более высокой производительности можно добиться, если облако атомов или другие небольшие объекты при температуре около абсолютного нуля охлаждаются при помощи лазерного луча. Но в идеале ученые хотели бы работать с более крупными объектами, например, острием атомно-силового микроскопа.

Чтобы продвинуться дальше в этом направлении, многие теоретические работы, опубликованные в последнее время, изучали вопросы применимости термодинамических понятий, таких как теплота и работа, на квантовом уровне. Эти публикации показывают, что квантовые двигатели и холодильные установки могут иметь значительное преимущество по сравнению с классическими аналогами, поскольку квантовые частицы могут находиться только в строго определенных энергетических состояниях. Но до сих пор на практике подобные машины не реализовывались, поскольку далеко не все из предложенных на сегодняшний день конструкций могут быть воссозданы.

Группа ученых из Hasselt University (Бельгия) предложила еще одну конструкцию, которая может быть легко реализована на практике. Они предположили, что система охлаждения может работать на солнечном свете. В их схеме твердый охлаждаемый объект (металлический электрод) соединен с теплым объектом (другим электродом). При этом ток между электродами может проходить только через пару квантовых точек, представляющих собой фрагменты полупроводника на непроводящей поверхности. Каждая такая точка функционирует как атом, который может принять один электрон на один из двух своих энергетических уровней. В своей теоретической работе команда предполагает, что за счет регулирования положения этих уровней можно обеспечить прохождение потока «холодных» электронов только от теплого электрона к холодному, а потока горячих электронов – только в обратном направлении. Команда предлагает воспринимать этот процесс, как «испарение электрона с холодного объекта с его конденсацией с теплом». Для запуска и поддержания этих «противоположных потоков», необходим мощный источник излучения (например, солнце).

Исследователи из Free University (Берлин) предлагают иную схему. Предыдущие эксперименты показали, что лазерное излучение может охладить небольшое зеркало, которое является частью оптико-механического устройства. В рамках этих экспериментов зеркало закреплялось таким образом, что сохранялась возможность его вибрации. При этом оно находилось напротив другого полупрозрачного зеркала. Лазерный луч вызывал сильное взаимодействие двух зеркал, и оно приводило к тому, что колебательная энергия первого зеркала преобразовывалась в световое излучение (т.е. зеркало охлаждалось). В своей новой работе ученые утверждают, что в этом эксперименте можно отказаться от использования лазера. По их мнению, для охлаждения зеркала может использоваться простой светодиод.

Обе опубликованные работы приближают научный мир к практической реализации подобных «квантовых охладителей». Хотя коллеги ученых считают, что для подобных технологий пока не пришло время.
 
К

Классификатор

Re: Новости физики
ЭКСПЕРИМЕНТ

Учёные из Венского университета провели красивый эксперимент с дифракцией и интерференцией молекул фталоцианина

Опыт с прохождением крупных молекул сквозь щели сопоставимого с ними масштаба не только эффектно продемонстрировал корпускулярно-волновой дуализм вещества, но и представил новый способ изучения сложных соединений и их поведения на границе классической и квантовой физики.

Посмотреть вложение 1915093
Интерференционные картины двух видов тяжёлых (до 114 атомов) молекул наглядно показывают, что даже такие крупные объекты сохраняют свою волновую природу в полном соответствии с представлениями квантовой механики (фото University of Vienna, Thomas Juffmann et al./Nature Nanotechnology).

Учёные из Венского университета провели красивый эксперимент с дифракцией и интерференцией молекул фталоцианина и его производных (врезки d и e на рисунке ниже), весящих до 1298 атомных единиц массы.

Как и в похожем предыдущем опыте, главной целью было проявление квантовой природы молекул. Причём во главу угла была поставлена наглядность.

Фталоцианин и его вариации использовались именно потому, что это — флуоресцентные красители, единичные молекулы которых можно эффективно снимать на видео при помощи микроскопа с камерой, попутно определяя их положение с точностью 10 нм.

Посмотреть вложение 1915113
Основные части опытной установки.

Пучок летящих друг за другом молекул в вакуумированной трубе создавался при помощи испарения с поверхности стекла (W1 на рисунке вверху) очень тонкого слоя красителя, «нежно» нагреваемого слабым (50 мВт) лазерным лучом с длиной волны 445 нм (синий цвет).

Оригинальная техника измерения площади красителя на стекле позволила убедиться, что с поверхности образца вылетали друг за другом именно единичные молекулы, а не их конгломераты.

Далее эти путешественники пролетали сквозь коллиматорную щель (S), а вслед за ней — дифракционную решётку (G) из нитрида кремния. Её толщина составила всего 10 нм, шаг решётки – 100 нм, ширина разрезов – 50 нм.

Эта решётка была создана специально для данного опыта в университете Тель-Авива (Tel Aviv University). Её малая толщина позволила свести к минимуму вредное влияние сил Ван-дер-Ваальса, возникающих между молекулами решётки и пролетающими сквозь щели молекулами красителя. А такое взаимодействие могло исказить интерференционную картину.

После решётки молекулы попадали на поверхность второго (финишного) кварцевого окна (W2), где их возбуждал другой лазер (661 нм, красный), направляемый на пластину под углом так, чтобы не засвечивать камеру.

Флуоресценция фталоцианина снималась через объектив микроскопа и фильтр при помощи светочувствительной матрицы с электронным умножением (EMCCD), способной ловить единичные фотоны.


Посмотреть вложение 1915133
Несколько кадров из фильма с фталоцианином, сделанных в начале опыта (a) и через две минуты (b), 20 мин (c), 40 мин (d), 90 мин (e). g – направление силы тяжести. Масштабные линейки — 20 мкм. Цветная шкала отражает число пойманных фотонов (от нуля до 650) (фото University of Vienna, Thomas Juffmann et al./Nature Nanotechnology).

Таким изящным методом европейским учёным удалось получить фильм, в котором видно, как со временем (по мере выпуска всё новых и новых молекул) на финальной пластине всё ярче и ярче проступает интерференционная картина, передаёт EurekAlert. Благодаря дифракции на ультратонкой решётке случайно прибывающие на финиш массивные частицы великолепно проявляли свою волновую сторону.

Новая установка фиксировала почти 100% частиц, выпущенных на старте и прошедших через решётку, рассказывают учёные. Были получены кривые, описывающие картину интерференции этих частиц как волн. По ним можно было вычислить немало параметров самих молекул.

При этом распределение молекул по вертикали (вдоль направления щелей решётки и действия силы притяжения Земли) показало распределение их по скоростям. От скорости же молекулы (а также от её массы), как известно, зависит длина её волны де Бройля, представляющей эту частицу.
 
К

Классификатор

Re: Новости физики
ГЕОФИЗИКА

Астеносфера Земли не является основной причиной движения континентов

Группа ученых при финансовой поддержке НАСА выяснила, что астеносфера Земли не является основной причиной движения континентов. Науке вновь придется пересмотреть многие детали тектоники плит, которые меняют облик нашей планеты.



Астеносфера – это слой частично расплавленных пород на глубине 35-120 км. Внешний слой Земли (литосфера) разбит на множество тектонических плит. Под океанами литосфера относительно тонкая (около 100 км), а под континентами потолще (320 км). Под литосферой находится астеносфера, пластичная и частично расплавленная из-за жара ядра Земли. До сих пор считалось, что конвекция и вязкая «смазка» астеносферы являются главными причинами движения литосферных плит и, соответственно, континентов.

Однако ученые выяснили, что это не может быть тем единственным механизмом, который на протяжении миллионов лет двигает континенты. Хотя основной конвекционный процесс, управляющий тектоникой плит, известен, многие детали остаются загадкой. Прежде всего: как в модели тектоники Земли «отделить» литосферные плиты от астеносферы, чтобы они могли скользить по ней?

Существуют многочисленные теории, например гласящие, что расплавленный слой астеносферы служит своеобразной смазкой, позволяющей литосферным плитам скользить и перемещать континенты. Однако ученые выяснили, что слой «смазки» присутствует только в некоторых регионах планеты, например, под тихоокеанской литосферной плитой. Таким образом, данная теория не может объяснить движение плит в регионах, где «смазки» нет. Открытие было сделано с помощью поперечных волн (S-волны), которые генерируются во время землетрясений и распространяются сквозь всю планету. Это позволяет приблизительно определить состав и плотность пород на большой глубине.

Понимание тектоники плит очень важно, поскольку она не только изменила облик суши и океанов, но и существенно повлияла на климат планеты, перенаправив океанские течения. Кроме того, тектоника Земли может помочь нам изучить эволюцию других каменистых планет, например, Венеры. Как известно, эта планета не имеет океанов, и никаких признаков тектоники на ней также не наблюдается. Одна из теорий предполагает, что ввиду отсутствия воды, астеносфера Венеры более твердая и не в состоянии вызвать дрейф литосферных плит. Судя по всему, тепло ядра планеты отводится каким-то другим способом, возможно периодическими глобальными извержениями вулканов.
 
К

Классификатор

Re: Новости физики
МАГНЕТИЗМ

Создан магнит, который в 2 миллиона раз превышает силу магнитного поля Земли

Создание постоянного магнитного поля, силой в 100 Тесла, было одной из задач, решаемых учеными из Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Los Alamos National Lab, LANL) в течение уже без малого полутора десятков лет. И только совсем недавно им удалось осуществить это, огромный электромагнит, состоящий из семи наборов катушек, общим весом 8200 килограмм, запитанный от огромного электрического генератора, мощностью 1200 мегаджоулей, выработал импульс магнитного поля в 100 Тесла. Для сравнения стоит отметить, что такая величина в 2 миллиона раз превышает силу магнитного поля Земли.



Магнитное поле, силой в одну Тесла, эквивалентно магнитному полю, создаваемому в обмотке среднего громкоговорителя. Магниту установки магнитно-резонансной томографии высокого разрешения вырабатывают поле силой приблизительно в 10 Тесла. На другом конце по силе магнитных полей находятся нейтронные звезды, сила магнитных полей которых может превышать значение в 1 миллион Тесла. Так что ученым из Лос-Аламоса еще очень далеко до нейтронной звезды, но показатель их магнита в 100 Тесла уже находится в области чрезвычайно сильных магнитных полей.

Очень важно то, что в Лос-Аламосском магните сильнейшие импульсы магнитного поля не приводят к разрушению или нарушению целостности конструкции самого магнита. Рекордным значением силы магнитного поля, выработанным электромагнитом, который разрушился во время эксперимента, является значение в 730 Тесла, а используя магнит специальной конструкции и взрывчатые вещества, весом около 180 килограмм, советским ученым удалось в свое время создать импульс магнитного поля, силой в 2800 Тесла.

Для каких же целей используются настолько мощные магниты? В пресс-релизе лаборатории Лос-Аламоса ни слова не говорится об супероружии или средстве влияния на климат в масштабах всей планеты. Я предполагаю, что сильнейшие магнитные поля будут использоваться для изучения свойств различных материалов, квантовых фазовых переходов и для проведения других научных исследований, связанных с сильными ядерными взаимодействиями.


nanonewsnet.ru
 
К

Классификатор

Re: Новости физики
КВАНТОВЫЕ СИСТЕМЫ

Физики добились передачи между двумя молекулами, выступавшими одновременно в роли передающих и принимающих антенн, единственных фотонов света

Ученые из университета ETH Zurich и Института изучения света Макса Планка (Max Planck Institute for the Science of Light) добились реализации передачи между двумя молекулами, выступавшими одновременно в роли передающих и принимающих антенн, единственных фотонов света. Способность передавать единичные фотоны света является идеальным решением для некоторых приложений в областях квантовых коммуникаций, квантовой криптографии или в квантовых компьютерах.



Индивидуальные частицы света, фотоны, являются средством передачи квантовой информации, кубитов. Это уже используется в квантовой криптографии, где единичные фотоны выступают в качестве носителей информации, которую невозможно перехватить или считать сторонним оборудованием без разрушения самой информации или сигнализации о несанкционированном доступе. Такие решения достаточно широко применяются в обмене данными между банками другими финансовыми учреждениями.

Единичный фотон так же «незаметен» для молекулы, как и для человеческого глаза. В более ранних экспериментах ученые-физики размещали атомы или молекулы между двумя крошечными зеркалами. Единичные фотоны отражались от этих зеркал бесчисленное количество раз, что позволяло увеличить во много раз вероятность того, что атом «заметит» фотон и поглотит его. Для того, что бы сделать все то же самое, но без использования зеркал, ученым пришлось использовать несколько оригинальных физических уловок.

Во-первых, исследователи разместили единственную молекулу красителя DBATT (dibenzanthanthrene) между слоями молекул других органических материалов. Затем два таких «пакета», содержащих молекулы красителя, были разнесены на расстояние несколько метров и соединены оптоволоконным кабелем.

Следующим шагом был точный выбор молекулы-передатчика, «сообщение» от которой могло быть принято на другом конце коммуникационного канала. «Это означает, что передающая молекула должна испустить фотон точно такого же цвета, который может быть поглощен только молекулой-получателем» – поясняет профессор Штефан Гецингер (Professor Stephan Gotzinger).

Температурные колебания молекул приемника и передатчика были сведены к минимуму с помощью понижения температуры до значения –272 градуса Цельсия, т.е. практически к абсолютному нолю.

Молекулу на одном конце превратили в передатчик, осветив ее светом лазера. В результате эта молекула начала вырабатывать цепочку из единичных фотонов, которые были сфокусированы с помощью линзы и введены в оптическое волокно.

Молекула-приемник на другом конце оказалась способна поглотить только три процента передаваемых фотонов, переизлучая дальше поглощенные фотоны с небольшой задержкой. И эта задержка, зависящая от параметров фотона, может выступать в качестве носителя передаваемой и принимаемой информации.

Пока ученым удалось реализовать подобие одностороннего коммуникационного радиоканала.

«Но в ближайшее время мы собираемся заставить фотон несколько раз пройти путь туда и назад между двумя молекулами» – объясняет профессор Гецингер. – «Такая связь прочно бы запутала на квантовом уровне эти две молекулы, что позволило бы использовать их для высокоскоростного обмена данными в квантовых компьютерах и зашифрованных каналах передачи данных».
 
К

Классификатор

Re: Новости физики
ТЕХНОЛОГИИ

Простой и дешёвый метод получения мягких магнитных плёнок для микроволнового применения

Мягкие магнитные материалы (не сохраняют свою намагниченность, в противоположность постоянным магнитам) могут быть как намагничены, так и легко выведены из этого состояния (характеризуются низкой коэрцитивной силой). Они широко применяются в микроволновых приборах, таких как поглотители электромагнитного излучения.



Инженеры предпочитают использовать именно тонкие плёнки мягких магнитных материалов, которые нашли применение в сотовых телефонах и лэптопах, а также в военных целях (вспомним невидимые для радаров самолёты). Но традиционный метод получения таких плёнок требует высокого вакуума, а это, понятно, сказывается на времени производства и приводит к дополнительным расходам. Кроме того, обычная технологическая линия не подходит для изготовления плёнок большой площади, что ограничивает применение стандартных методов производством мягких магнитных материалов для абсорбции микроволн.

Посмотреть вложение 1951953
Магнитная колончатая тонкая наноплёнка из сплава железо-кобальт-никель, характеризующаяся высокой проницаемостью, которая обеспечена специальными добавками

Учёные из Агентства по науке, технологии и исследованиям A*STAR (Сингапур) продемонстрировали инновационный подход к производству мягких тонких магнитных плёнок, применив метод электроосаждения — масштабируемый подход, работающий при комнатной температуре. Технология не просто проще и дешевле (не требует нагрева и высокого вакуума), но ещё и в меру универсальна для производства широкого спектра мягких магнитных материалов для микроволнового применения.

Исследователи испытали свою идею на сплаве железо-кобальт-никель — мягком магнитном материале с низкой проницаемостью, высокой коэрцитивной силой и другими «менее-чем-идеальными» свойствами. До осаждения на подложку также было добавлено небольшое количество органических молекул, таких как диметиламин, боран (неорганическая молекула) и додецил сульфат натрия. Полученные в итоге тонкие плёнки характеризовались более высокой проницательностью и низкой коэрцитивной силой, что в конечном счёте делает их более востребованными в микроволновых приложениях. Учёные полагают, что присутствие добавок, таких как боран, препятствует окислению железа при электроосаждении, тем самым значительно улучшая качество продукта.

Результаты работы представлены в Journal of Materials Chemistry.

Полученные сингапурскими исследователями тонкие плёнки сплава железо-кобальт-никель демонстрируют ещё и более высокую микроволновую абсорбцию в сравнении с обычными магнитными аналогами. Эти уникальные свойства идеально подходят для использования железо-кобальт-никелевых тонких магнитных плёнок, созданных по новому методу, для высокочастотных микроволновых применений, включая магнитные хранилища данных, переносные беспроводные и биотехнологические приборы.
 
К

Классификатор

Re: Новости физики
Американские физики создали первый безфотонный лазер на основе атомов рубидия

Американские физики создали первый «безфотонный» лазер на основе атомов рубидия, испускающий одинаковые порции света со сверхстабильными интервалами, что позволяет использовать такие устройства для создания сверхточных атомных часов или для синхронизации импульсов обычных лазерных излучателей, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.



Группа ученых под руководством Джеймса Томпсона (James Tompson) из университета штата Колорадо в городе Боулдер (США) собрала экспериментальный прототип «безфотонного» лазера, реализовав принцип так называемого «сверхизлучения».

Существование этого эффекта было предсказано американским физиком Робертом Дикке (Robert Dicke) в 1954 году и экспериментально обнаружено в 1973 году.

В обычных лазерах источником излучения выступают фотоны, «саморазмножающиеся» в рабочем теле излучателя. В процессе накачки лазера фотоны сталкиваются с зеркальными стенками устройства, из-за чего те начинают вибрировать. Эти вибрации негативным образом сказываются на спектре и других характеристиках излучения, что ограничивает точность обычных лазеров.

Сверхизлучение лишено этих недостатков, так как на подготовку импульса фотоны и зеркала практически не влияют. Источником излучения является группа тесно расположенных атомов, охлажденных почти до абсолютного нуля (минус 273 градуса Цельсия).

После этого атомы накачиваются при помощи внешнего источника энергии и часть их электронов переходит из состояния покоя на высокий энергетический уровень. Когда число «заряженных» атомов достигает определенной критической отметки, отдельные атомы теряют «индивидуальность» и их коллектив спонтанно испускает пучок идеально синхронизированных частиц света – фотонов – с очень узкой частотой излучения.

Как отмечают Томпсон и его коллеги, ученые предпринимали множество попыток создать лазер на основе этого эффекта, однако они всегда сталкивались с проблемой подбора рабочего вещества и «накачки» нужного числа атомов без преждевременного испускания фотонов отдельными «индивидами».

Исследователи решили эту проблему при помощи двух нестандартных решений. В качестве рабочего материала они использовали газ из щелочного металла рубидия. Атомы этого вещества можно легко охладить до сверхнизких температур и «поймать» в ловушку. С другой стороны, у этого материала есть серьезный недостаток – структура его электронной оболочки препятствует созданию лазера с узким спектром излучения.

Томсон и его коллеги решили эту проблему, периодически «накачивая» атомы рубидия при помощи обычного лазера. Благодаря облучению в атомах рубидия появлялся «виртуальный» высокий энергетический уровень, необходимый для спонтанного перехода электронов в состояние покоя. В результате этого возникало сверхизлучение, хотя и с несколько «смазанным» спектром по сравнению с тем, который бы возник в случае «честной» реализации этого эффекта.

Тем не менее, экспериментальный излучатель Томсона и его коллег примерно в тысячу раз чувствительнее самых точных обычных лазеров. Благодаря этому

«безфотонные» излучатели, а также синхронизированные с ними обычные лазеры, можно использовать для создания сверхточных атомных часов, а также для других целей – астрономических и физических наблюдений, улучшения работы спутников GPS и систем оптической связи.
 
К

Классификатор

Re: Новости физики
ЭКСПЕРИМЕНТ

БАК - частицы, движения которых были по неизвестным причинам связаны друг с другом, могут быть соединены мягкими адронными струями

Ученые из Физического института имени Лебедева (ФИАН) нашли объяснение странному эффекту, обнаруженному ранее в эксперименте на Большом адронном коллайдере – по их данным, частицы, движения которых были по неизвестным причинам связаны друг с другом, могут быть соединены «мягкими адронными струями».

Чуть больше года назад участники коллаборации CMS на LHC объявили об обнаружении эффекта, не предсказанного модельными расчетами, – корреляции в движении вторичных частиц, рожденных в протон-протонных столкновениях.

Сотрудники ФИАН дали свое объяснение этому эффекту.

Детектор CMS (Compact Muon Solenoid – компактный мюонный соленоид) регистрирует процессы, происходящие при столкновении пучков протонов и ядер. Каждое столкновение, особенно центральное, влечет за собой рождение вторичных частиц, разлетающихся из точки первоначального соударения под определенным углом. Эффект, выявленный на БАКе, заключается в том, что после соударения пучков протонов с энергиями 3.5 ТэВ (3.5*1012 эВ) пар вторичных частиц с относительно малыми разностями азимутального угла и большими разностями псевдобыстрот наблюдалось больше ожидаемого. Другими словами,

пары заряженных частиц оставались связанными, даже разлетаясь в разные стороны. Эта корреляция проявляется в виде хребта на карте распределений (см. рисунок 1, карта справа).

Посмотреть вложение 1952023
Рис. 1. Сравнение распределений при меньших (слева) и больших (справа) значениях поперечного импульса

За два года до этого нечто похожее наблюдалось в ультрарелятивистских соударениях тяжелых ионов на ускорителе RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider – релятивистский тяжело-ионный коллайдер) в Брукхевенской национальной лаборатории. А самые первые указания на корреляции частиц с малым отличием в азимутальных углах и большой протяженностью по полярным углам (псевдобыстроте) были получены еще 25 лет тому назад – в космических лучах в экспериментах ФИАН на Памире (в соударениях протонов с ядрами воздуха), как раз при энергиях, соответствующих энергиям LHC.


Посмотреть вложение 1952043
Рис. 2. На карте слева – распределение, полученное на LHC при столкновении протонов, справа – на RHIC при столкновении ионов золота

Однако несмотря на то, что эффект проявлял себя как минимум трижды, однозначного объяснения ему пока нет. Объяснение, которое предлагают сотрудники ФИАН Максим Азаркин, Игорь Дремин и Андрей Леонидов, основывается на существовании мягких адронных струн.

Рассказывает ведущий научный сотрудник Сектора физики высоких энергий, доктор физико-математических наук Андрей Леонидов:

«Адронная струна – это то, что связывает кварк и антикварк в мезоне. Когда мы пытаемся растащить их друг от друга, то из-за эффекта конфайнмента кварк и антикварк разойтись не могут, и между ними появляется скрепляющая их хромоэлектрическая трубка, которая и называется адронной струной. У мягкой адронной струны, с которой мы связываем явление хребта, натяжение порядка ГэВа на Ферми. Процессы множественного рождения частиц связаны с тем, что эти трубки распадаются, когда струну растягивают. Грубо говоря, она разрывается на более короткие струны, которые в конце концов становятся частицами. Это все равно, что разрывать резиновую ленточку, но при этом нужно иметь ввиду, что как только она разорвалась посередине, каждый из кусочков подхватывается дальше и растягивается вновь. Это происходит до тех пор, пока наконец все не успокоится, а те куски резиновой ленточки, которые останутся – есть конечные адроны».

Определяющим эффект фактом с позиции струнной философии является то, что струны, натянутые между кварками, образуют выделенный вектор, который связывает траектории разлетающихся частиц в поперечной плоскости. Этот вектор как раз и показывает выделенное направление, в котором происходит ориентация или выстроенность.

«То, что мы сделали, так это показали, что этого механизма достаточно, чтобы появился эффект "хребта». Если выключить все другие механизмы, кроме этого, то появится та самая выстроенность. Мы показали действие такого естественного механизма, который работает всегда, когда есть струнные или струноподобные конфигурации. То есть все вполне укладывается в особенности того, как должна быть натянута эта струна. Это довольно естественная вещь, дающая максимально простую интерпретацию эффекта", – комментирует Андрей Леонидов.

Таким образом, эффект выстроенности вторичных частиц в случае учета адронных струн, исходя из проведенных модельных расчетов, наблюдается при определенном соотношении полярных и азимутальных углов, а также при определенных импульсах вторичных частиц, очень схожих с наблюдаемыми в экспериментах на БАК. По полярному углу – это плато, а по азимуту – пик при нулевом относительном угле, то есть частицы одинаково смотрят по азимуту и сильно коррелированны по полярному углу.

Работа была выполнена в рамках исследований, проводимых ФИАНовской группой в коллаборации CMS, которой руководит главный научный сотрудник ФИАН, доктор физико-математических наук Сергей Русаков и которая объединяет как теоретиков, так и экспериментаторов. В частности, авторами настоящей работы являются как теоретики (И. Дремин и А. Леонидов), так и экспериментаторы (аспирант С. Русакова М. Азаркин).

Комментирует один из соавторов работы Максим Азаркин:

«Выполненная работа – это часть большой деятельности, которая осуществляется в Секторе высоких энергий ФИАН по пониманию того, что мы видим в опытах на LHC и в частности на CMS».
 
К

Классификатор

Re: Новости физики
Японские и австрийские физики разработали полностью органический фотоэлемент толщиной в несколько микрометров

Японские и австрийские физики разработали полностью органический фотоэлемент толщиной в несколько микрометров, который можно обернуть несколько раз вокруг человеческого волоса без потери функциональности, и представили его в статье в журнале Nature Communications.



За последние годы ученые создали множество новых типов фотоэлементов, преобразующих энергию света в электричество или биотопливо. Так, в феврале 2012 года американские физики разработали особое покрытие из полых нанокристаллов кремния, поглощающих до 75% солнечных лучей. Кроме того, в новом тысячелетии активно разрабатываются органические солнечные батареи. Производительность таких батарей остается на достаточно низком уровне, но при этом они крайне дешевы в производстве и отличаются высокой гибкостью и механической прочностью.

Тоньше волоса

Группа физиков под руководством Мартина Кальтенбруннера (Martin Kaltenbrunner) из университета Иоганна Кеплера в городе Линц (Австрия) разработала технологию, позволяющую производить сверхтонкие и сверхгибкие фотоэлементы из органических веществ и лавсановой пленки, применяющейся в качестве диэлектрика в микро-конденсаторах.

Как объясняют ученые, пленка из лавсана используется в качестве "обложки" для фотоэлемента, который представляет собой многослойный "торт" из нескольких слоев органических полупроводников - политиофена (P3HT), эфира масляной кислоты (PCBM) и других сложных соединений. На нижнюю и верхнюю части "торта" напыляются тонкие электроды из калия и серебра, поверх которых приклеены защитные пленки из лавсана.

Для увеличения прочности конструкции ученые прикрепили к лавсановым "обложкам" полоски эластичного материала, что позволило растягивать батарею в несколько раз, не опасаясь разрыва электродов или полупроводящих пленок. Толщина полученного "бутерброда" составляет всего 1,9 микрометра, что позволяет обернуть такую батарейку вокруг человеческого волоса несколько раз. Невероятная гибкость и механическая устойчивость защищают устройство от необратимых повреждений при "раскручивании" пленки.

Мистер фантастик

Экспериментальная батарейка на основе микропленки поглощала до 4% энергии искусственного "Солнца" в лаборатории, что сопоставимо с производительностью других тонких фотоэлементов на базе органики. Следует понимать, что коэффициент полезного действия в "полевых" условиях может быть несколько ниже лабораторных значений.

Тем не менее, у данного изобретения есть существенное преимущество по сравнению с другими решениями - оно продолжает вырабатывать электричество даже при сжатии на 80% или растягивании в 4 раза.

Кроме того, с точки зрения соотношения массы и производимой мощности пленка из органики легко обходит своих кремниевых конкурентов. По расчетам физиков, она производит до 10 ватт на грамм массы, тогда как кремниевые и многокомпонентные фотоэлементы достигают лишь 0,8 или 0,3 ватт на грамм.

Как полагают ученые, это делает их изобретение идеальным источником энергии для сверхлегких БПЛА, аэростатов, роботов размером с насекомого, а также для интеграции в "искусственную кожу".

С другой стороны, после двадцати-тридцати деформаций пленка теряет до четверти мощности. Ученые полагают, что это связано со тем, что структура эластичных полосок со временем "портится", из-за чего пленка не разжимается до конца после двух десятков циклов деформации.
 

Inquisitor

Ословед
Re: Новости физики
NEUTRINOS

CERN discovers Higgs-like boson.

Посмотреть вложение 2161503
Found at last: the Higgs has turned up at the LHC

Physicists working at the Large Hadron Collider (LHC) have announced the discovery of the Higgs boson – or at least a particle that resembles the Higgs. In two special seminars this morning at the CERN particle-physics lab in Geneva, spokespeople for the LHC's two main experiments – ATLAS and CMS – both reported measurements of the Higgs' mass at confidence levels of 5σ. Any finding that passes this statistical threshold is generally, but not always, considered a "discovery" among the particle-physics community.

However, today's announcement of a discovery of a particle that looks like the Higgs is by no means the end of the story, as physicists have yet to understand its complete nature.

Physicists have had the Higgs boson in their sights for nearly 50 years because its discovery would complete the Standard Model of particle physics. The particle and its associated field explain how electroweak symmetry broke just after the Big Bang, which gave certain elementary particles the property of mass. The Standard Model does not, however, predict the mass of the Higgs, and successive experimental programmes at CERN's Large Electron–Positron Collider (LEP), Fermilab's Tevatron and now the LHC have tried to measure the particle's mass.

Presenting the latest results from the CMS experiment, spokesperson Joe Incandela announced that his experiment has discovered the Higgs boson at a mass of 125 GeV/c2 and a statistical significance of 5σ.

Incandela described the result as "A phenomenal effort considering that we stopped taking data two weeks ago."

Incandela was followed by ATLAS spokesperson Fabiola Gianotti, who says that ATLAS has measured the mass of the Higgs as 126 GeV/c2, which agrees with preliminary results released by CERN in December 2011. The statistical significance of the measurement is 5σ.

"The search is more advanced today than we imagined possible," says Gianotti. However, she cautioned that "a little more time is needed to finalize these results, and more data and more study will be needed to determine the new particle's properties".

Measurements with 5σ from both detectors – combined with previous searches by Tevatron and LEP – leave no doubt that a "Higgs-like" particle has been discovered by the LHC.

"We have reached a milestone in our understanding of nature," says CERN director general Rolf-Dieter Heuer, who described the new particle as being "consistent with the Higgs boson".

Speaking in the CERN auditorium immediately after the results had been presented, Edinburgh University particle theorist Peter Higgs congratulated researchers on their finding. "For me, it's a really incredible thing that it's happened in my lifetime," he said.

More to follow.
About the author

Hamish Johnston is editor of http://physicsworld.com
 

Inquisitor

Ословед
Re: Новости физики
It's a boson, but what sort?

Посмотреть вложение 2163413
Scene of the action

We have found it – now we have to work out exactly what "it" is. That neatly sums up the thoughts of many physicists at CERN yesterday as they began to absorb the announcement that the Large Hadron Collider (LHC) had discovered a Higgs boson – or at least something like a Higgs. CERN's director general Rolf-Dieter Heuer was very careful to describe the new particle, which has a mass of about 125 GeV/c2, as a "fundamental scalar boson". However, even the scalar part of that description – which indicates that the particle has zero spin – has not been completely nailed down.

To learn more about the particle they have found, CERN physicists need more data and more time. Heuer therefore announced yesterday that the LHC will run for an extra three months beyond its scheduled December 2012 maintenance shutdown to allow physicists to do just that. According to CERN's Bill Murray, the performance of an accelerator and its associated experiments usually improves toward the end of the run, which suggests that physicists can expect many more quality data before the LHC is temporarily switched off in early 2013.

Precision measurements

The LHC creates the Higgs in proton–proton collisions, with the giant ATLAS and CMS experiments detecting the particles created when the Higgs decays. This occurs in a number of different ways – or "channels" – and by studying how these decays take place, physicists should get a better picture of exactly what they have discovered.

Most of the data contributing to the new discovery come from the so-called precision measurements, whereby the Higgs decays either into two photons (the diphoton channel) or into two Z bosons (ZZ). Since all of the decay products in both of these channels can be detected, physicists can therefore calculate the mass of the Higgs very precisely.

But there are also a number of different channels in which not all the decay products can be detected. These channels are trickier to deal with because some information about the decay is missing and therefore the mass that calculations based on these channels give is not as precise.

Yesterday, both the ATLAS and CMS teams reported that their precision diphoton and ZZ results that these were enough to push both experiments over the magic 5σ level that is generally considered a discovery in particle physics. ATLAS chose not to present results from other, less-precise channels, although CMS did – something that brought the statistical significance of its finding down to 4.9σ.

Beyond the Standard Model?

The Standard Model of particle physics describes how the Higgs should decay through various channels; so by comparing these predictions with how the decays actually appear to proceed in the LHC, physicists can tell if what they are dealing with is a Standard Model Higgs. So far the results are consistent with a Standard Model particle, with all channels lining up to the Standard Model to within the error bars.

Intriguingly, however, the number of events in the diphoton channel of both CMS and ATLAS continues to be greater than expected as more data are gathered. This excess could therefore be the result of "new physics" that goes beyond the Standard Model, such as a new charged particle, the existence of a multitude of Higgs, or perhaps the effects of "supersymmetry" – the idea that all particles have "superpartners" with very different spin properties.

Deficit of evidence

Whereas there is a surfeit of diphoton events in the LHC data, it is a different story for the decay of the Higgs into two W bosons – the WW channel. Conventional theories about the Higgs predict that this channel should be seen by the LHC, but to date far fewer events than expected are being reported. Indeed, if this channel does not exist, a major shake-up of particle-physics theory could be on the cards, which could be why many physicists at CERN believe that the WW deficit is not real but simply the result of the fact that the WW channel is tricky to measure.

But if there really is a deficit in the WW channel, it could suggest that the new particle might not be a scalar boson with zero spin. "The WW search is designed to look for a spin-0 [scalar] particle," admits Bill Murray, who is a member of the ATLAS collaboration. "They have not considered the possibility that it might be spin-2." Although experiments at the Tevatron at Fermilab seem to rule out spin-2 (and spin-1 is ruled out by the diphoton data), physicists are therefore left with the remote – but exciting – possibility that this new particle is not a scalar boson.

Daniela Bortoletto of Purdue University in the US, who is a member of the CMS team, points out that the channels in which the Higgs decays to a pair of tau leptons or a pair of b-particles also appear to have deficits of events. Given that tau and b-particles are both fermions, Bortoletto says that if this deficit endures as more data are collected, then it might mean that the Higgs interacts differently with fermions and bosons.

Murray, though, says that the deficit could point to a "mixed model" of fermion versus boson coupling to the Higgs, adding that the tau–tau and b–b channels will definitely benefit from the three-month run extension. Indeed, most physicists at CERN who were digesting yesterday's big announcements believe that by the end of the extended run they should have a much better idea of whether they have a Standard Model Higgs.

Future prospects

But one important measurement that the LHC will not be able to make until it is upgraded to collide protons at 14 TeV – rather than 8 TeV today – is the "self-interaction" of the Higgs boson. That is how two Higgs behave when they encounter each other – something that should only be seen at higher collision energies in which two Higgs could be produced. "An important question is whether you need to measure the self-interaction before you can say you really have a Higgs?," says Murray. As the LHC's 14 TeV upgrade is not likely to be completed before the end of 2014 at the earliest, it looks like the debate is set to continue.

Before then, all eyes will surely be on who, if anyone, should win a Nobel prize for the new discovery. Peter Higgs – after whom the boson is named – appeared reluctant at yesterday's press conference to be drawn on the matter, having always maintained that he was not alone in devising the core ideas that led to the prediction of the Higgs boson in the early 1960s. Speaking recently to Physics World, he said at least five other theorists – include the late Robert Brout, François Englert, Gerald Guralnik, Carl Hagen and Tom Kibble – deserve credit too. But given that the Nobel committee can award the physics prize to no more than three physicists each year, it will have a tricky job on its hands.

Hamish Johnston is editor of http://physicsworld.com
 
Сверху