5 мая 2011

Физика. Общая теория относительности

Эйнштейновское искривление пространства доказано окончательно

Учёные, обрабатывающие данные уникального космического эксперимента, объявили о правоте Эйнштейна. После вычета всех технических погрешностей, вызванных несовершенством аппаратуры, в числах остался «след» от воздействия нашей планеты на пространство-время.

«Эйнштейн выжил!» — провозгласил 4 мая 2011 на пресс-конференции в Вашингтоне научный руководитель миссии Gravity Probe B профессор Френсис Эверитт (Francis Everitt) из Стэндфорда (Stanford University). Выступивший в штаб-квартире американского космического агентства физик рассказал об окончательных итогах многолетнего проекта по практической проверке общей теории относительности (ОТО).

Профессор Френсис Эверитт рассказывает о предварительных итогах обработки данных Gravity Probe B. Для этого ему пришлось проделать сложный исследовательский путь, длившийся более 40 лет
(фото с сайта einstein.stanford.edu).

Напомним, ещё в 2004 году для измерения тонких эффектов влияния Земли на окружающее пространство-время американцы запустили спутник Gravity Probe B, который завершил свою работу в 2005-м.

На спутнике были установлены беспрецедентно точные гироскопы, а сам аппарат был постоянно нацелен на далёкую звезду в качестве опорной точки (на рисунке ниже — guide star). Аппаратура спутника ловила дрейф оси гироскопов с погрешностью в десятитысячные доли угловой секунды.

В 2007 году американцы официально обнародовали первые результаты обработки собранных данных. Для ОТО они выглядели очень радужно. Но тогда же было упомянуто об обнаруженных дополнительных силах, связанных с конструкцией спутника.

Подробнее об этих досадных помехах скажем ниже, пока нужно лишь отметить, что вычисление поправок на посторонние факторы заняло у группы физиков пять лет! Фактически они спасли весь проект, заново перелопатив гигабайты исходной информации.

И вот теперь исследователи вынесли окончательный вердикт — Земля действительно искривляет пространство вокруг себя в полном соответствии с уравнениями теории относительности.

При высоте полёта спутника в 642 километра длина окружности его орбиты превышает 40 тыс. км. Полёт аппарата показал, что точное значение этой длины примерно на три сантиметра меньше, чем следует из евклидовой геометрии, то есть рассчитанное по известной любому школьнику формуле 2πR.

Так происходит из-за того, что масса Земли словно прогибает пространство, создавая «ямку» и нарушая плоскую геометрию космоса. Это явление называется геодезическим эффектом, отражающимся в постепенном повороте оси гироскопа в плоскости орбиты спутника (на рисунке выше — geodetic precession).

Посмотрите на схему выше. На левом рисунке представлено пространство в классической физике, или просто участок космоса без планеты. В нём отмечен круг диаметром 12 745 километров. Длина этой окружности (округлённо) — 40 тыс. км. Бегая по ней, гироскоп всё время сохраняет ориентацию своей оси (она отмечена стрелками).

Справа показана реальная ситуация. Масса Земли стягивает пространство-время, условно говоря, в неглубокий конус. Это искажение можно представить как вырезание из пирога небольшого клина (пунктирные линии на обоих рисунках, угол клина преувеличен для наглядности). В результате окружность стягивается на 2,8 сантиметра. В случае со спутником ось его гироскопа по мере прохождения орбиты всё время отклоняется на небольшой угол, и за год эта ошибка накапливается настолько, что её уже могут поймать приборы.

Второй эффект — «увлечение рамы», то есть явление увлечения инерциальной системы координат вращающейся Землёй. «Это как если бы наша планета была погружена в мёд», — сравнивает Френсис. Данный эффект приводит к медленному отклонению оси вращения гироскопа в экваториальной плоскости (на заглавном рисунке — frame-dragging precession). Gravity Probe B обнаружил и его.

Как пишет Science, точность измерения двух описанных эффектов составила 0,25% и 19%.

С одной стороны, это попадание в цель (полученные значения отклонения осей гироскопов согласуются «с Эйнштейном»). Но с другой – это не то, на что рассчитывали авторы опыта в самом начале. Кстати, в целом этот эксперимент со спутником был задуман, страшно сказать, аж в 1959 году! Но только в XXI веке техника позволила реализовать идею.

Одно из достижений создателей аппарата — идеальные сферы, работавшие в качестве роторов гироскопов. Они были сделаны из кварца и покрыты сверхпроводящим ниобием для создания магнитного поля. На спутнике сферы подвешивались в вакууме в камере, хорошо изолированной от внешних магнитных полей и охлаждённой до 1,8 кельвина.

По размеру роторы были с шарик для пинг-понга. Они были сделаны из очень однородного материала. А отклонение их поверхности от идеальной сферы составило менее 10 нанометров (это несколько атомов). Если такой шарик увеличить до размеров Земли, на ней не было бы холмов выше трёх метров.

Колоссальная механическая точность сфер должна была привести к высочайшей же точности измерения эффектов ОТО, но подвёл фактор, которому при проектировании миссии не придали должного значения.

Чудо-сферы оказались недостаточно сферичны не по геометрии, а в электромагнитном плане. В процессе изготовления они захватили некоторое количество электрических зарядов, которые потом повлияли на вращение этих пробных тел.

Такой просчёт и привёл к снижению общей точности опыта, хотя принципиально эффекты ОТО были подтверждены. Но данная оплошность послужила поводом для критики авторов проекта со стороны некоторых коллег-физиков.

Мало того что команде Gravity Probe B теперь нужно убеждать научный мир в полной корректности всех внесённых поправок, так ей ещё и высказывают упрёки в отношении неразумно потраченных денег. Ведь вся миссия обошлась государственной казне в $760 миллионов.

Между тем ещё в 2004 году другая группа учёных с 10-процентной точностью измерила эффект «увлечения рамы» куда более дешёвым методом. Они вычислили отклонение орбит двух старых спутников за десятилетие.

Кварцевый шарик-ротор в исходном виде (слева) и покрытый ниобием. Участники проекта отмечают, что он уже повлиял и будет ещё долго влиять на развитие технологий на Земле и в космосе. В частности, найденные в ходе создания Gravity Probe B технические решения уже задействованы в сверхточных системах спутниковой навигации и ряде научных космических миссий Европы и США
(фото Gravity Probe B).

На эту критику можно ответить, что подтверждение предсказанных теорией эффектов другим способом – дорогого стоит. А ещё следует вспомнить, что сами проектирование и постройка спутника «для проверки Эйнштейна» явились техническим прорывом, «круги» от которого будут расходиться ещё долго.

Так или иначе, по словам Эверитта, эксперимент Gravity Probe B подтвердил два глубоких предсказания теории Эйнштейна.

<...>

Источники: Леонид Попов Мембрана, galspace.spb.ru, einstein.stanford.edu

---------------------------------------------------------------------------------------------

5 января 2011

Научные итоги 2010 года

Большое будущее

Так выглядит "глазами" приборов аннигиляция ускользнувших от ученых молекул антиводорода с "обычной" материей. Изображение пресс-службы CERN

В 2010 году наука бодро развивалась во всех областях.
Физики сумели поймать в ловушку атомы антиматерии, астрономы почти нашли планеты, на которых могла бы завестись жизнь, биологи расшифровывали геномы новых видов людей, а инженеры запускали частные космические корабли.

Все эти и другие интересные события [прошлого] года представлены в кратком обзоре научных итогов [астрономия, физика, математика, биология] от Ирины Якутенко.

Весь текст: lenta.ru

---------------------------------------------------------------------------------------------

19 ноября 2010

Физика

Антиводород впервые пойман в ловушку

Физики в Европейском центре ядерных исследований (CERN) создали несколько нейтральных атомов антиводорода и сумели удержать их в магнитной ловушке на некоторое время.

Магнитная ловушка использует для удержания нетральных атомов антиводорода их слабые магнитные свойства. Вверху показана сборка центральной части ловушки, ниже схема магнитной бутылки, ловушка с собранными детекторами аннигиляции и общий вид установки фото первой антиматерии — антиводород руководитель эксперимента профессор Джеффри Ханг (Jeffrey Hangst) (иллюстрации Niels Madsen, ALPHA, CERN, G. B. Andresen et al./Nature)

Большим успехом увенчался эксперимент ALPHA по получению и изучению антиматерии. Раньше, создавая нейтральное антивещество, учёные не успевали провести все желаемые измерения, например спектроскопию, так как антиводород очень быстро аннигилировал, встречая обычную материю.

Теперь исследователям удалось получить достаточно медленные (холодные) антиатомы, чтобы они на 0,1-0,2 секунды задержались в "магнитной бутылке".

Физикам пришлось создать 10 миллионов антипротонов и 700 миллионов позитронов. При их взаимодействии получились тысячи атомов антиводорода. Большинство покинули "магнитную бутылку" практически мгновенно и аннигилировали, но 38 штук продержались в паутине полей достаточно долго, чтобы над ними можно было бы провести какие-либо измерения (эта фаза ещё впереди).

Учёные намерены развивать опыт, чтобы научиться создавать больше антиатомов сразу и удерживать их ещё дольше. Исследуя свойства антиводорода, физики надеются проверить CPT-инвариантность (симметрию законов природы при инверсии заряда, чётности и времени), тем самым проливая свет на загадку фундаментальной асимметрии материи и антиматерии и их таинственного дисбаланса во Вселенной.

Детали работы можно найти в пресс-релизе CERN и статье в Nature.

источники:
public.web.cern.ch, Мембрана

---------------------------------------------------------------------------------------------

31 октября 2010

Нанотехнологии. Робототехника. Физика

Электронная кожа впервые ощутила прикосновения бабочки

Решётка из тончайших полупроводниковых нитей, совмещённая с электродами и меняющей в ответ на давление проводимость резиной типа PSR (вверху) превращена калифорнийскими умельцами в "лоскут кожи" (внизу) (иллюстрации Kuniharu Takei et al./Nature Materials). На этом рисунке кожи робота каждый чёрный квадратик соответствует одному "пикселю", элементарной точке, отвечающей за осязание (иллюстрация Ali Javey and Kuniharu Takei, UC Berkeley). Чувствительность кожи авторы рекламируют красочной фантазией: робот с таким манипулятором смог бы запросто обращаться с куриным яйцом, не уронив его и не раздавив (иллюстрация Ali Javey, Kuniharu Takei/UC Berkeley). Ещё одна иллюстрация чувствительности стэнфордского сенсора: он регистрирует прикосновения перуанской бабочки Chorinea faunus (фото L.A. Cicero/Stanford University).

Уже немало копий сломано вокруг проблемы создания робототехнического аналога самого крупного органа человека. Главный вопрос – как воспроизвести невероятную чувствительность кожного покрова, который может ощутить дуновение ветерка от пролетевшего насекомого? Недавно две исследовательские группы из Калифорнии одновременно объявили о своих впечатляющих ответах.

Первая команда, из Калифорнийского университета в Беркли, выбрала в качестве ключевого элемента для своей искусственной кожи нанопроводки. Как сообщают учёные в пресс-релизе, они вырастили крошечные германиевые и кремниевые нити на специальном барабане, а затем прокатили этим валиком по подложке – клейкой полиимидной плёнке.

В итоге учёные получили эластичный материал, в структуру которого были включены нанопроводки, играющие роль транзисторов.

Поверх них исследователи нанесли изолирующий слой с периодическим рисунком из тонких отверстий, а ещё выше – чувствительную к прикосновению резину (PSR).

Между резиной и нанопроводками при помощи фотолитографии навели проводящие мостики (для этого и понадобились отверстия в слое изолятора) и, наконец, сдобрили бутерброд тонкой алюминиевой плёнкой – финальным электродом. (Подробности авторы системы представили в статье в Nature Materials).

Такой эластичный набор способен определять и точно локализовать участки, к которым прикладывается давление. Имя эта кожа получила банальное и предсказуемое — e-skin

Новая технология позволяет использовать в качестве подложки множество материалов, от пластика до резины, а также включать в её состав молекулы различных веществ, например, антибиотиков (что может оказаться весьма важным).

На опытном куске e-skin размером 7 х 7 сантиметров уместилась матрица 19 х 18 пикселей. В каждом из которых содержались сотни наноштырей. Такая система оказалась способна регистрировать давление от 0 до 15 килопаскалей. Примерно такие уровни нагрузки испытывает человеческая кожа при печатании на клавиатуре или удерживании на весу небольшого объекта.

Али Джавей (Ali Javey), глава проекта e-skin в Беркли (фото UC Berkeley)

Учёные указывают на вполне определённое преимущество своей разработки перед аналогами. Большинство проектов такого рода полагается на гибкие органические материалы, которым для работы требуется высокое напряжение.

Синтетическая кожа из Беркли — первая, изготовленная на основе монокристаллических неорганических полупроводников. Она функционирует при напряжении всего в 5 вольт. Но что ещё интереснее — опыт показал, что e-skin выдерживает до 2000 изгибаний с радиусом 2,5 миллиметра без потери чувствительности.

В качестве очевидной области применения в будущем такой кожи можно предположить чувствительные манипуляторы, способные оперировать хрупкими предметами.

Сверхаккуратную кибернетическую руку можно дополнительно оснастить датчиками тепла, радиоактивности, химических веществ, покрыть тонким слоем лекарств и использовать на "пальцах" роботов-хирургов или спасателей.

В последнем случае (при работе роботов с людьми) очень важным с точки зрения безопасности окажется тот факт, что электронная кожа из Беркли, как и человеческая, ощущает прикосновение почти мгновенно (в течение миллисекунд). В теории она может полностью покрывать манипулятор робота или даже всю машину.

Вверху: профессор Чжэнань Бао (Zhenan Bao) – лидер стэнфордского проекта. Внизу: такая простая полимерная плёнка с алюминиевыми проводниками послужила отправной точкой в построении новой кожи (фото L.A. Cicero/Stanford University, Stefan C. B. Mannsfeld et al./Nature Materials).

Вторая разработка, родом из Стэнфордского университета, использует другой подход. Как сообщают учёные в пресс-релизе, они поместили между двумя электродами слой высокоэластичной формованной резины.

Такая плёнка накапливает электрические заряды подобно конденсатору. Давление сжимает резину – а это, в свою очередь, изменяет число электрических зарядов, которые способен хранить сандвич, что и определяет электроника благодаря набору электродов.

Описанный процесс позволяет обнаружить легчайшее прикосновение, что учёные доказали на опыте. Они использовали в качестве "тестера" мух.
В ходе эксперимента квадратная матрица со стороной в семь сантиметров и в миллиметр толщиной чувствовала посадку насекомых, весящих всего 20 миллиграммов, и реагировала на их касания с высокой скоростью.

Под микроскопом матрица похожа на поле, усеянное остроконечными пирамидками. В таком материале пирамидок этих может быть от сотен тысяч до 25 миллионов на квадратный сантиметр, в зависимости от требуемого пространственного разрешения.

Такой приём (вместо применения сплошного слоя резины) был необходим, поскольку монолитный материал, как выяснилось, терял свои свойства при сдавливании – точность регистрации зарядов падала. А свободное пространство вокруг микроскопических пирамид позволяет им легко деформироваться и восстанавливать исходную форму после снятия нагрузки.

Гибкость и прочность стэнфордской электронной кожи оказались очень высоки. Её нельзя растягивать, но вполне можно сгибать, обернув ею, например, руку робота.

Авторы электронной кожи из Стэнфорда, чья статья также вышла в Nature Materials, отмечают, что достоинства их технологии — дешевизна и широкий диапазон давлений, который способен измерять подобный бутерброд.

А потому в качестве сфер приложения своей разработки учёные видят опять же хирургических роботов. Но не только. Искусственная кожа могла бы стать основой электронных бинтов, — рассуждают американские исследователи, — способных подавать сигнал при слишком слабом или опасно сильном затягивании. А ещё подобные сенсоры могли бы точно фиксировать степень сжатия руками рулевого колеса, вовремя предупреждая водителя, что он засыпает.

Обе команды утверждают, что ещё продолжат развивать данное направление экспериментов. Так что роботы будущего, по всей видимости, всё же получат кожу, приближённую по возможностям к человеческой. И пусть внешне она будет заметно отличаться от нашей – её чувствительность придаст новый смысл понятию робот-андроид.

источник: Мембрана  (01.10. 2010)

--------------------------------------------------------------------------------------------

8 октября 2010

Физика

Американцы испытали термоядерную спичку

Манипулятор с золотым цилиндром на конце. Защитные кожухи убираются за пять секунд перед световым ударом (фото Lawrence Livermore National Laboratory). Три десятилетия исследований, проводимых в разных странах, были, образно говоря, сконцентрированы в этом маленьком золотом цилиндрике.(фото NIF) Топливная капсула-мишень насчитывает в диаметре около 2 миллиметров и несёт в себе 150 микрограммов смеси дейтерия и трития. Капсула выполнена в основном из полимера, но в ней есть тонкий слой замороженного (при температуре 18 К) льда из тяжёлых изотопов водорода.

Самая крупная лазерная система в мире — "Национальная установка зажигания" (NIF) — на днях произвела выстрел по своей первой криогенной мишени с термоядерным топливом.

Важный и успешный тест этой установки предшествует главной цели, ради которой и был построен колосс — устойчивому запуску инерциального управляемого термоядерного синтеза (ICF).

Как гласит пресс-релиз Ливерморской лаборатории, 192 лазера за наносекунды выплеснули мегаджоуль энергии на маленький золотой цилиндр, содержавший пластиковую капсулу со смесью обычного водорода, трития и дейтерия.

Объём энергии, обрушенный на капсулу, в 30 раз превосходил тот, что был задействован в предыдущих похожих экспериментах на установке Omega в университете Рочестера.

Это позволяет надеяться, что именно на NIF удастся реализовать 50-летнюю мечту об инерциальном ядерном синтезе.

Эти данные помогут физикам подготовиться к следующему этапу экспериментов — попытке поджечь в такой капсуле термоядерную реакцию.

Все подробности о проекте, его предыстории и устройстве NIF можно узнать из большого материала, опубликованного на Мембране.

источник: Мембрана

--------------------------------------------------------------------------------------------

17 сентября 2010

Физика.
Технология фотосъемки опасных и быстропротекающих процессов

Газета "The New York Times": Как правильно снимать ядерную бомбу. Все, что вы хотели знать о фотографировании атомных взрывов, но боялись спросить

5 июня1952 года. Специальная камера с оптическим затвором, который работал невероятно быстро, захватила это изображение взрывающейся атомной бомбы в  момент начала взрыва. Камера была расположена на расстоянии две мили (≈3,2 км) от нулевой отметки основания. Энергия, поглощенная тросами-растяжками башни, где был установлен заряд, создала похожее на шипы свечение. Объяснения к подобным фото смотрите здесь Тросовые растяжки башни видны ниже на снимке взрыва неидентифицированного устройства мощностью до одной килотонны (1953) 1953 год.  Группа операторов с возвышенности фотографирует атомный взрыв. Дымка перед ними, это пыль, поднимаемая с поверхности пустыни приближающейся ударной волной. Испытание атомной бомбы в Неваде (1953) фото nytimes.com

С 1945 до 1962, вооруженные силы Соединенных Штатов взорвали сотни ядерных бомб в атмосфере. Фотографы изо всех сил пытались зарегистрировать природу взрывов и их разрушительные эффекты.

82-летний Джордж Иошитак (George Yoshitake) — один из немногих операторов, который все еще жив.
Изображения для публикации "Как сфотографировать атомную бомбу" представил Питер Куран (Peter Kuran).

Вы сможете увидеть 22 фотографии взрывов атомных и водородных бомб, последствий взрывов, фотографов, наблюдателей. К данному слайд-фильму есть аудиотрек и комментарии к фото (англ).

источник: Аутсайд lenta.ru (17 сентября 2010)

Новая газета в своем пятничном выпуске (24 сентября 2010) приложения газеты «Нью Йорк Таймс» опубликовала перевод статьи Уильяма Брода (William J Broad) «Ядерная киноактивность», в которой кино- и фотооператор Джордж Йошитейк рассказывает о своей работе в съемках испытаний ядерного оружия.

Копию оригинальной статьи Уильяма Брода ("Bomb chroniclers: These men photographed atomic bomb blasts", опубликованную в NYT за 14 сентября 2010), можно прочитать здесь

А здесь вы можете увидеть специальную фототехнику и фотографии взрывов, сделанные с ее помощью, в первые миллисекунды и наносекунды после детонации ядерного заряда.
миллисекунда (ms) — 10⁻³ с, наносекунда (ns) — 10⁻⁹ с

Самый первый на Земле взрыв атомного устройства (атомного заряда) Trinity (Троица) в 5 часов 29 минут 45 секунд 16 июля 1945 в пустыне Аламагордо (США) и как оно создавалось можно посмотреть на фотографиях здесь (eng)

---------------------------------------------------------------------------------------------

20 августа 2010

Физика. Химия

Найден способ фотографировать водородные связи

Водородные связи образуются между атомом водорода, связанным с так называемым электроотрицательным атомом (например, кислородом или фтором), и другим электроотрицательным атомом той же или соседней молекулы. Электроотрицательные атомы способны "перетягивать" в свою сторону электроны своих соседей, например водорода. При этом водород приобретает [свойства положительного иона] <...> и начинает взаимодействовать с находящимся неподалеку электроотрицательным атомом, который <...> [имеет свойства отрицательного иона], – образуется водородная связь.

Авторы новой работы изначально не планировали визуализировать эти связи - они занимались изучением сложной органической молекулы PTCDA (перилен-3,4,9,10-тетракарбон-3,4,9,10-диангидрид) при помощи метода сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). Эта технология позволяет определять "рельеф" изучаемых объектов за счет так называемого туннельного эффекта. Этим термином называют способность электрона преодолевать энергетический потенциальный барьер между двумя областями пространства (туннелирование - это явление квантовой природы, невозможное в классической механике).

При проведении СТМ над изучаемым объектом на высоте нескольких ангстрем (один ангстрем - это 10⁻¹⁰ метра) скользит игла микроскопа, на которую подается ток. При этом происходит туннелирование электронов, причем их количество зависит от расстояния от иглы до объекта. В своих предыдущих работах авторы выяснили, что разрешение итоговых изображений повышается, если между иглой и исследуемой поверхностью поместить охлажденный водород.

В ходе нового исследования ученые выяснили, что добавление водорода также позволяет увидеть водородные связи между молекулами PTCDA - на иллюстрации к новости они показаны зеленым цветом. На данный момент специалисты не могут объяснить природу наблюдаемого эффекта и собираются заняться соответствующими исследованиями в ближайшее время.

Источник: lenta.ru

---------------------------------------------------------------------------------------------

Физика. Математика

Россиянин получил "математическую Нобелевку"

Станислав Смирнов. Фото с сайта unige.ch

В число математиков, удостоившихся в 2010 году медали Филдса - математического аналога Нобелевской премии - попал россиянин Станислав Смирнов. О награждении лауреатов пишет портал ScienceNOW.

Комитет Международного союза математиков принял решение о присуждении Смирнову награды за его работы в области статистической физики, а именно - теории перколяции. Российский математик из Петербурга в настоящее время работает в университете Женевы.

Медаль Филдса

Всего в 2010 году филдсовской медали удостоились четыре человека. Помимо Смирнова лауреатами стали израильтянин Элион Линденштраусс (Elon Lindenstrauss) из Еврейского университета Иерусалима, Нго Бао Чау (Ngo Bau Chau) из Парижского университета и Седрик Виллани (Cedric Villani) из института Анри Пуанкаре.

Линденштраусс заслужил филдсовскую медаль за исследования эргодической теории - теории об особых свойствах некоторых динамических систем, заключающихся в том, что в процессе эволюции таких систем каждая их точка с некоторой вероятностью проходит вблизи любой другой точки.

Бао Чау награда была присуждена за разработки, касающиеся фундаментальной леммы Ленглендса. Основанная на ней программа Ленглендса объединяет множество предположений, связывающих теорию чисел и теорию представлений некоторых групп.

Виллани филдсовскую медаль принесли его работы по изучению энтропии физических систем. Термин энтропия используют для описания неупорядоченности той или иной системы, и Виллани занимался вопросом о времени, за которое система с низкой энтропией (например, сжатый газ) достигнет неупорядоченного состояния.

Медаль Филдса вручается раз в четыре года на международном математическом конгрессе. Лауреатами могут стать от двух до четырех молодых математиков (моложе 40 лет). Помимо медали лауреаты получают денежный приз в размере 15 тысяч канадских долларов (около 15 тысяч американских долларов). В 2006 году среди лауреатов были двое россиян - Андрей Окуньков и Григорий Перельман. Последний отказался принять награду.

Источники: lenta.ru, fields.utoronto.ca, Троицкий вариант №61 2010 (31.08.10)

Смотрите также статью о С. Смирнове в журнале "Огонек" №35 (от 06 сентября 2010)

---------------------------------------------------------------------------------------------

9 июня 2010

Физика

Физики воссоздали звук Большого взрыва

В начале года на релятивистском ускорителе тяжёлых ионов (RHIC) было получено новое состояние вещества — кварк-глюонная плазма (quark-gluon plasma). Ныне учёные рассчитали звук, который был бы слышен наблюдателю, находящемуся в таком облаке, сразу после Большого взрыва.

Вот как описывает образовавшуюся плазму физик Питер Штайнберг (Peter Steinberg) из Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL).
(Щелкните по картинке ниже)

Кадр из объяснения Питера Штайнберга 08.07.2009 природы кварк-глюонной плазмы (QGP), нового состояния вещества, произведенного на релятивистском коллайдере тяжелых ионов (Relativistic Heavy Ion Collider – RHIC) Брукхейвенской национальной лаборатоии/

Напомним: физики столкнули в коллайдере ионы золота, которые в результате развалились даже не на протоны и нейтроны, а на глюоны и кварки. При этом в течение нескольких микросекунд температура вещества составляла четыре триллиона градусов, условия были схожими с первыми мгновениями в жизни Вселенной.

После столкновения по мере охлаждения плазмы кварки и глюоны "складываются" в более крупные частицы. Агнеш Мочи (Ágnes Mócsy) из института Пратта (Pratt Institute) и её коллеги выяснили, какой звук мог бы издавать этот процесс.

Учёные сравнили данные трёх миллионов подобных столкновений и определили неоднородность каждого облака (по сути, расположение частиц в нём).

По колебаниям плотности физики-теоретики смогли вычислить изменение во времени распространяющихся по моделированной "новорождённой Вселенной" звуковых волн. Затем, чтобы сделать звук слышимым для человеческого уха, усилили его в десять миллиардов миллиардов раз (10·10¹⁸).

Получившуюся звуковую дорожку можно прослушать в этом видеоролике (длительность ролика 0,24 мин).
По мере расширения "супа" из кварков и глюонов постепенно нарастает сила низких тонов, поскольку с уменьшением плотности облака изменяется и скорость звука в нём. Чуть позже начинается процесс рекомбинации частиц, и "голос" Большого взрыва снова становится другим.

Источник: Мембрана

---------------------------------------------------------------------------------------------

← вернуться на Главную страницу