Top

Физики разрешили столетний спор о свойствах света

12 января 2009, 21:04
Метки: , , ,
Рубрика: Исследования 

Китайские исследователи поставили точку в столетнем споре физиков об импульсе света, сообщает портал Physics World. Эксперимент, который позволил определить, в каком направлении он давит на поверхность, через которую проходит, детально описан в статье в журнале Physical Review Letters. Ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

Впервые теорию о “поведении” света в прозрачной среде выдвинул немецкий математик Герман Минковский в 1908 году. Он предположил, что импульс света пропорционален показателю преломления материала среды. На практике это означает, что проходящий свет оказывает давление на материал в направлении своего движения. Годом позже физик-теоретик Макс Абрагам, тоже родом из Германии, сделал обратное предположение (то есть, свет давит на материал в противоположном направлении).

Долгое время физики-экспериментаторы не могли провести эксперимент, который бы подтвердил правильность одной из точек зрения. В 1970-х годах был поставлен опыт, который доказывал правоту одного из “спорщиков”. Однако позже выяснилось, что наблюдаемое “распухание” воды (которое доказывало верность предположения Минковского), через которую пропускали луч, оказалось результатом стороннего оптического процесса.

Китайские физики, ведущим из которых был Вэйлун Шэ (Weilong She), разработали схему эксперимента, позволяющего наконец ответить на старый вопрос. Вместо воды они использовали отрезок оптоволокна длиной около 1,5 миллиметров и шириной в 500 нанометров. Физики рассчитывали, что вес оптоволокна окажется достаточно мал для того, чтобы движение кончика отрезка, вызванного прохождением луча света, можно было заметить. После начала эксперимента камера фотографировала отрезок оптоволокна с частотой 10 снимков в минуту. Читать далее…

Физики нашли самый простой пример хаоса

22 декабря 2008, 22:08
Метки: , ,
Рубрика: Исследования 

Физики из Лаборатории динамики жидкостей при Массачусетском технологическом институте описали самый простой из известных пример хаотического поведения. Внимание ученых привлекли капли, “прыгающие” на поверхности мыльной пленки. О своей работе, принятой к печати в журнал Physical Review Letters, физики рассказали журналистам портала Science News.

В математике понятием хаос описывается поведение системы, которая очень чувствительна к минимальным изменениям начальных условий. Это свойство системы определяет невозможность предсказать, к какому состоянию система придет с течением времени.

Когда мыльная пленка, на которой находится капля, колеблется с невысокой скоростью, “прыжки” капли происходят периодически. При ускорении колебаний пленки, поведение капли усложняется и в конце-концов становится хаотическим.

Руководитель исследования Джон Буш (John Bush) рассказал, что наблюдение хаотического поведения жидких систем связано с большими трудностями. Читать далее…

Ученые разработали квантовые наномоторы

Американские физики разработали конструкцию наномоторов. Сверхминиатюрные вращающиеся механизмы используют туннельный эффект - квантовомеханическое явление, которое, предположительно, ответственно и за работу природных наномоторов у бактерий и одноклеточных животных. Экспериментальное подтверждение выводов, опубликованных в журнале Physical Review Letters, пока не получено, но ученые утверждают, что, как минимум, их статья описывает работу природных наномашин.

Туннельный эффект, который лежит в основе работы предложенного механизма, является одним из характерных для квантовых масштабов явлений. Когда в классической механике движущаяся частица попадает в некоторое препятствующее ее движению силовое поле (например катящийся по изогнутому желобу шарик встречает подьем), то она, при недостаточной энергии, останавливается и начинает движение в обратном направлении. Это поведение привычно, но лишь в повседневных масштабах - натолкнувшийся на электромагнитное поле (создаваемое, например, молекулой белка) электрон уже имеет некоторые шансы проскочить даже через то поле, которое было бы непроницаемым для классической частицы.

За счет подобного просачивания, или “туннелирования”, частиц через непроницаемое в классической механике препятствие возникают различные интересные эффекты. Из прочно скрепленных ядерными силами ядер урана могут вылетать (протуннелировав через соединяющее протоны и нейтроны поле) альфа-частицы, а в ходе термоядерной реакции отталкивающие друг друга электростатическими силами ядра атомов, напротив, могут подойти на достаточное для реакции расстояние также благодаря “просачиванию” через электромагнитный барьер. Читать далее…

Физики смоделировали черные дыры при помощи вращающихся капель

Британским физикам удалось получить в лаборатории вращающиеся капли обычной воды необычной формы. По словам исследователей, эти капли могут служить моделями черных дыр. Об этом сообщает журнал New Scientist. Работа ученых опубликована в журнале Physical Review Letters.

Для опыта физики воспользовались явлением так называемой диамагнитной левитации. Небольшие капли воды исследователи поместили в мощное вертикальное магнитное поле. Так как вода обладает диамагнетическими свойствами (то есть намагничивается в противоположном полю направлении), то ученые добились того, что возникающая сила отталкивания компенсировала силу тяжести, и капли зависали в воздухе.

Равномерного вращения физики достигли, поместив внутрь капли два миниатюрных электрода, по которым пустили ток. В результате получилась конструкция, аналогичная устройству электродвигателя, где роль ротора играла подвешенная в воздухе капля воды. Ученые установили, что при взгляде сверху капля диаметром один сантиметр, вращающаяся со скоростью примерно три оборота в секунду, имеет треугольную форму. Подобный эффект в лаборатории ранее никогда не наблюдался. Читать далее…

Нобелевская неделя откроется в Стокгольме и Осло

Традиционная Нобелевская неделя начинается 7 декабря в Стокгольме и Осло начинается, продлится она до 12 декабря, сообщает пресс-служба Нобелевского фонда.

Церемония вручения Нобелевских премий проходит в столицах Швеции и Норвегии 10 декабря - в день кончины их основателя, шведского промышленника Альфреда Нобеля.

До и после вручения премий в программе лауреатов будут пресс-конференции, встречи со студентами, участие в официальных приемах, концертах, выступления с лекциями и поездки по североевропейским вузам.

Обладателями Нобелевских премий-2008 стали в общей сложности 12 человек - граждане США, Франции, Японии, Германии и Финляндии.

На церемонии вручения премии по состоянию здоровья не будет присутствовать самый старший из лауреатов - 87-летний американский физик Йоитиро Намбу. Нобелевский диплом и медаль вручит ему в Чикаго 10 декабря посол Швеции в США Йонас Хафстрем.

Всех лауреатов этого года, как и предыдущих лет, сопровождают члены семьи, друзья и коллеги. Согласно сложившимся правилам, каждый Нобелевский лауреат может включить в состав своей официальной делегации не более 16 человек. Читать далее…

В космосе обнаружен таинственный источник высокоэнергетических электронов

Ученые обнаружили избыток высокоэнергетических электронов в космическом излучении, которое достигает Земли в районе Антарктики. По словам исследователей, это явление может быть результатом аннигиляции частиц темной материи. Статья группы ученых из США, Германии, Китая и российского НИИЯФ (научно-исследовательский институт ядерной физики) при МГУ опубликована в журнале Nature.

В своей работе физики провели анализ данных, собранных проектом ATIC в период с 2000 по 2003 год. В его рамках исследователи запускали в районе Антарктики аэростаты со специальным оборудованием на борту на высоту примерно 35 километров. Приборы на аппаратах предназначались для изучения космического излучения, то есть потоков заряженных частиц из космоса.

В результате анализа авторам работы удалось установить, что в космическом излучении присутствует некоторый излишек электронов с высокими энергиями (300-800 гигаэлектронвольт). Так как эти элементарные частицы при движении в межзвездном пространстве теряют энергию достаточно быстро, то их источник должен располагаться совсем “рядом” с Солнечной системой. Подсчеты физиков показывают, что он может находится на расстоянии не более трех тысяч световых лет.

Что является источником, ученые объяснить пока не могут. Одним из возможных вариантов является какое-нибудь ранее незамеченное “экзотическое” космическое тело. Например, черная дыра средней величины. Источником электронов в этом случае будут являться процессы в аккреционном диске дыры. До настоящего времени подобных объектов астрономам обнаружить не удавалось, однако общая теория эволюции черных дыр предсказывает, что они должны быть. Другим вариантом является пульсар - нейтронная звезда, создающая вокруг себя сильнейшее магнитное поле, которое разгоняет электроны, сообщая им столь высокую энергию. Читать далее…

Ученые разработали способ получать большое количество антивещества

Ученые из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса разработали способ получать большое количество антивещества из золотых пластин. Физики представят доклад о своем исследовании на съезде Американского физического общества (подразделение физики плазмы) в Далласе. Пресс-релиз работы доступен на сайте Ливерморской национальной лаборатории.

Антивещество - “копия” обычной материи, только построенная из античастиц. Античастицы отличаются от “обычных” частиц своим зарядом. Антипротон, например, заряжен отрицательно, а антиэлектрон (больше известный как позитрон) - положительно. Свойства антиматерии пока изучены не очень хорошо, так как ее трудно получать и еще труднее хранить. При взаимодействии частицы материи и антиматерии взаимоуничтожаются.

Авторы данной работы утверждают, что их технология позволяет получать значительно больше антиматерии, чем все существующие методы. Ученые под руководством Хуэй Чен (Hui Chen) получали позитроны, воздействуя на золотые пластины толщиной около миллиметра кортокоимпульсным лазером высокой интенсивности. С помощью лазера ученые разгоняли электроны, которые летели сквозь золотую мишень. “По дороге” они взаимодействовали с атомами золота, которые выполняли роль катализатора для получения позитронов.

Электроны производили энергию, которая “распадалась” на материю и антиматерию (в соответствии со знаменитым уравнением Эйнштейна E=mc2). Ученые объясняют эффективность своего метода тем, что лазер дает сконцентрированный в пространстве и во времени энергетический импульс. Читать далее…

Физики опубликовали нашумевшие данные о темной материи

Физики, занимающиеся проектом PAMELA, официально “признались”, что им удалось получить косвенные доказательства существования темной материи: на сайте arXiv.org появился соответствующий препринт. Работа ученых в настоящее время находится на рецензировании в журнале Nature.

Международный исследовательский аппарат PAMELA (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics - Аппарат для исследования антиматерии и астрофизики легких ядер) установлен на российском спутнике “Ресурс-ДК1″, который был запущен с космодрома Байконур 15 июня 2006 года. Аппарат вращается вокруг Земли по орбите, высота которой составляет от 350 до 615 километров. PAMELA предназначен для исследования космического излучения и космической антиматерии. Устройство “ловит” в основном позитроны и антипротоны - частицы идентичные электронам и протонам во всем, кроме заряда, который у них имеет противоположный знак. Как оказалось количество позитронов в космических лучах может служить доказательством существования так называемой темной материи.

Привычная нам материя составляет всего пять процентов всей массы-энергии Вселенной. Из оставшихся 95 процентов 23 приходится на темную материю, а 72 - на темную энергию. Про вторую вообще мало что известно, а первая представляет собой загадочную субстанцию, которая участвует в гравитационном взаимодействии, но не участвует в электромагнитном (отсюда “темная” в названии, поскольку свет имеет электромагнитную природу).

Считается, что большая часть позитронов, бомбардирующих Землю, является результатом взаимодействия космических лучей с межзвездным газом. Согласно современным моделям, при таком взаимодействии количество частиц, имеющих определенную энергию, уменьшается с ростом уровня энергии. Это означает, что среди прилетающих позитронов много слабоэнергетичных и мало сильноэнергитичных. Однако, ситуация меняется, если представить, что темная материя также взаимодействует с космическими лучами. В этом случае должен наблюдаться избыток высокоэнергетичных позитронов. Читать далее…

Следующая »


Bottom