Sepuluh peristiwa terbesar tahun 2017 dalam fizik dan astronomi

Sepuluh peristiwa terbesar tahun 2017 dalam fizik dan astronomi

Alexey Ponyatov,
Calon Sains Fizikal dan Matematik
"Sains dan Kehidupan" №1, 2018

Gelombang graviti dari penggabungan bintang-bintang neutron

Perlanggaran bintang neutron. Ilustrasi: NSF / LIGO / Universiti negeri Sonoma / A. Simonnet

Penemuan yang paling penting pada 2017 adalah yang pertama dalam sejarah pendaftaran gelombang graviti daripada penggabungan dua bintang neutron. Ahli astronomi untuk pertama kalinya berjaya membaiki kilat sinar gamma yang berlaku semasa penggabungan, dan kemudian mencari dan menyiasat tempat di mana bencana kosmik berlaku – 100 juta tahun cahaya dari Bumi.

Gelombang graviti telah dikesan pada 17 Ogos oleh LIGO (USA) pengesan gelombang graviti dan Virgo (Perancis, Itali), dan selepas beberapa saat, pemerhatian ruang Integral (ESA) dan Fermi (NASA) mencatatkan kilat gamma yang pendek. Pemerhatian tanah dan ruang dihubungkan dengan mencari sumber isyarat, dan kemudian selama beberapa belas hari mereka mengikuti sisa-sisa kematian "letupan" itu. Penyelidik Rusia dari IKI RAN, GAISH Moscow State University dan FTI dinamakan selepas A.F. Joffe.

Penemuan ini berkaitan dengan beberapa masalah astrofizik. Pertama sekali, untuk persoalan asal-usul percikan sinar gamma yang berkuasa, yang memancarkan kedua-dua tenaga lebih daripada Matahari selama berbilion tahun.

Astropisika telah lama mengandaikan bahawa sumber pecahan itu boleh menjadi gabungan dua bintang neutron, tetapi sekarang mereka telah mendapat bukti eksperimen tentang keabsahan teori yang maju. Akibat perlanggaran bintang secara serentak dengan letupan gamma, sebahagian daripada bahan bintang dikeluarkan dengan kelajuan tinggi ke ruang sekitar. Fenomena ini, yang ditemui pada tahun 2013, telah menerima nama kilon. Kemudian elemen radioaktif dari awan yang terbentuk memecah menjadi yang stabil, menghasilkan sinarannya. Ahli astronomi telah menemui sebilangan besar elemen berat di awan, seperti emas dan platinum, yang membolehkan kita mempertimbangkan fusions bintang sebagai kilang galaksi sebenar elemen berat yang tidak hadir di Universe muda.

53 kuantum qubit komputer

Komputer kuantum, yang mana jangkaan yang tinggi dikaitkan, masih belum dicipta, tetapi pada tahun 2017 langkah-langkah penting telah diambil untuk membawa idea ini kepada kehidupan. Peranti pengkomputeran kuantum berfungsi dengan qubits – objek yang menyimpan sekeping maklumat terkecil – analog sedikit dalam komputer biasa. Bilangan qubit menentukan keupayaan komputer kuantum.

Pada bulan November di majalah itu Alam artikel yang diterbitkan mengenai simulasi sistem kuantum menggunakan komputer kuantum 51 dan 53 qubit. Sebelum ini, peranti sejagat sedemikian terhad kepada 20 qubit. Penambahan 2.5 kali ganda bilangan qubit meningkatkan keupayaan kalkulator berkali-kali. Komputer kuantum 51-qubit dicipta di bawah pimpinan Mikhail Lukin, yang bekerja di Pusat Kuantum Rusia dan Universiti Harvard. Pada 28 Julai, peranti tersebut telah dibentangkan di Persidangan Antarabangsa mengenai Teknologi Kuantum di Moscow.

Hidrogen logam stabil

Pada bulan Januari, ahli fizik dari Harvard melaporkan bahawa buat kali pertama dalam sejarah mereka memperoleh sedikit hidrogen logam yang stabil. Sampel tersebut mempunyai dimensi 1.5 × 10 μm. Secara teorinya, kewujudan hidrogen logam pada tekanan tinggi telah diramalkan pada tahun 1935. Secara semula jadi, keadaan sedemikian direalisasikan di kedalaman bintang dan planet gergasi. Sejak tahun 1996, ia telah dikompresi beberapa kali oleh pemampatan kejutan, tetapi hidrogen wujud dalam keadaan sedemikian untuk masa yang sangat singkat.

Untuk menghasilkan hidrogen metalik yang stabil, pasukan Harvard menggunakan persediaan di mana anvils berlian menghasilkan tekanan 495 gigapaskal, iaitu kira-kira lima juta kali tekanan atmosfera biasa.

Sebagai tambahan kepada nilai saintifik semata-mata, bahan eksotik ini juga boleh mencari aplikasi praktikal – ia mempunyai superkonduktivitas suhu tinggi (dalam kes ini, ia berlaku pada -58°C)

Laser ray elektron sinar-x mula berfungsi

Pada 1 September, upacara perasmian XFEL elektron elektron bebas elektron XFEL terbesar dunia (laser ray elektron bebas x), dalam penciptaan yang Rusia mengambil bahagian. Malah, laser, iaitu, sinaran optik jenis tertentu, tetapan ini tidak. Di dalamnya sinaran sinar-X, serupa dengan ciri-cirinya kepada cahaya laser, mencipta rasuk elektron yang dipercepatkan untuk mempercepatkan kelajuan cahaya. Di XFEL, lori superconducting terbesar di dunia 1.7 km digunakan untuk ini. Elektronik yang dipercepat memasuki pengunduran, peranti yang menghasilkan medan magnet yang berkala di ruang angkasa. Bergerak di sepanjang laluan zigzag, elektron memancarkan julat sinar-X. Kemudahan unik baru ini akan menghasilkan kilat x-ray ultrashort dengan kekerapan rekod sebanyak 27,000 kali sesaat, dan kecerahan puncaknya dijangka menjadi satu bilion kali lebih tinggi daripada sumber sinar-x sedia ada.

Puncak terowong yang lengkap. Foto: European XFEL / Heiner Muller-Elsner

Lebih daripada 60 pasukan penyelidikan telah memohon eksperimen. Dengan bantuan rekod pemecah rekod X-ray yang cerah dan sangat pendek, penyelidik akan dapat melihat bukan sahaja susunan atom dalam molekul, tetapi juga proses yang berlaku di sana. Ini akan membolehkan untuk mencapai tahap baru dalam bidang penyelidikan dalam bidang fizik, kimia, sains bahan, sains hayat, bioperubatan. Sebagai contoh, semasa membuat ubat baru, pakar, mengetahui lokasi tepat atom dalam molekul protein, akan dapat mengambil bahan yang akan menghalang atau, sebaliknya, merangsang kerja mereka. Pengetahuan tentang struktur kristal akan membolehkan anda mengembangkan bahan-bahan dengan sifat yang dikehendaki.

Pendaftaran Neutrino oleh pemulihan elastik

Pada September 2017, pasukan fizik besar antarabangsa, termasuk dari Rusia, mengumumkan penemuan berselerak neutrino koheren yang melekat pada nukleus bahan. Fenomena ini telah diramalkan pada tahun 1974 oleh ahli teori di Massachusetts Institute of Technology Daniel Friedman. Neutrinos adalah zarah sukar difahami, dan untuk penangkapannya, penyelidik membina pemasangan besar yang mengandungi puluhan ribu tan air.Friedman mendapati bahawa kerana sifat-sifat gelombang neutrino, ia akan berinteraksi dengan semua proton dan neutron nukleus, yang akan meningkatkan bilangan interaksi yang dipertimbangkan – lonjakan neutrino dari nukleus. Selama 461 hari, penyelidik melihat 134 kejadian tersebut.

Detektor neutrino yang padat, yang dikompresi oleh ahli fizik Björn Scholz di tangannya, menyerupai bentuk dan saiz botol biasa. Foto: Juan Collar / uchicago.edu

Penemuan ini tidak akan memaksa menulis semula buku teks. Nilainya terletak pada penciptaan oleh penguji pengesan bersaiz kecil, di mana hanya terdapat 14.6 kg kristal cesium iodida. Pengesan neutrino mudah alih kecil akan mendapati pelbagai aplikasi, contohnya untuk memantau reaktor nuklear. Malangnya, mereka tidak dapat menggantikan pengesan gergasi dalam semua eksperimen, kerana pengesan berdasarkan penyebaran koheren tidak dapat membezakan antara jenis neutrino.

Kristal Temporal – dua pilihan

Pada bulan Mac, dua pasukan penyelidik dari Amerika Syarikat melaporkan penemuan keadaan baru yang dipanggil kristal masa – kristal temporal (lihat"Sains dan Kehidupan", No 6, 2017, "Waktu Ripples, atau Apabila Fizik Lebih Baik daripada Fiksyen"). Ini adalah idea baru dalam fizik, dibincangkan secara meluas pada tahun-tahun kebelakangan ini. Kristal sedemikian adalah struktur zarah yang sentiasa bergerak, sendiri mengulangi masa. Satu kumpulan menggunakan rangkaian atom ytterbium, di mana unjuran momen magnetik sistem berayun di bawah tindakan laser. Yang lain dianggap kristal yang mengandungi kira-kira satu juta kecacatan bercelaru, masing-masing mempunyai momen magnetik sendiri. Apabila kristal sedemikian tertakluk kepada pulangan radiasi gelombang mikro untuk berputar, spesis fizik mencatatkan respon sistem pada frekuensi yang hanya sebahagian kecil daripada kekerapan sinaran yang menarik. Kerja-kerja menimbulkan perbincangan: bolehkah sistem sedemikian dianggap sebagai kristal temporal? Lagipun, secara teori, sistem harus turun naik tanpa pengaruh luaran. Tetapi dalam mana-mana keadaan, kristal-kristal temporal sedemikian akan mencari aplikasi dalam peranan sensor yang tepat, sebagai contoh, untuk mengukur perubahan sedikit dalam medan suhu dan magnet.

Exoplanet seperti bumi

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, para astronom telah menemui banyak exoplanet – planet yang mengorbit bintang-bintang lain. Walau bagaimanapun, penemuan planet-planet seperti di zon di mana air cair boleh wujud, dan oleh itu kehidupan (zon boleh dihuni), tidak begitu kerap. Pada bulan Februari, para astronom NASA mengumumkan penemuan tujuh eksoplanet dalam sistem kerdil merah TRAPPIST-1 (tiga planet dijumpai pada awal tahun 2016), lima daripadanya hampir sama dengan Bumi, dan dua adalah lebih kecil daripada Bumi, tetapi lebih besar daripada Marikh. Ini lebih daripada sistem lain. Sekurang-kurangnya tiga planet, dan mungkin semuanya, berada di zon yang boleh dihuni.

Planet-planet sistem TRAPPIST-1 berbanding dengan planet-planet sistem Suria. Ilustrasi: NASA / JPL-Caltech

TRAPPIST-1 adalah ultracold, dengan suhu kira-kira 2500 K, bintang kerdil seberat 8% daripada jisim Matahari (iaitu, lebih sedikit daripada planet Jupiter), yang terletak kira-kira 40 tahun cahaya dari Bumi. Planet adalah sangat dekat dengan bintang, dan orbit yang paling jauh dari mereka jauh lebih kecil daripada orbit Mercury. Pada bulan Ogos, ahli astronomi menggunakan Teleskop Angkasa Hubble melaporkan petunjuk pertama kandungan air dalam sistem TRAPPIST-1, yang menjadikan kehidupan di sana mungkin.

Pada bulan April, ahli astronomimelaporkan penemuan planet berbatu di saiz 1.4 kali saiz Bumi di zon habitat lain kerdil merah – LHS 1140. Ia menerima dua kali kurang cahaya daripada Bumi. Penulis penemuan itu menganggapnya sebagai calon yang baik untuk mencari kehidupan luar angkasa.

Pada bulan Disember, ahli astronomi Amerika melaporkan penemuan planet kelapan dalam sistem bintang Kepler-90, yang terletak kira-kira 2500 tahun cahaya dari Bumi. Sistem ini adalah yang paling dekat dengan sistem solar dari segi bilangan planet. Benar, planet yang dijumpai terlalu dekat dengan bintang, dan suhu di permukaannya lebih daripada 400 ° C. Menariknya, planet itu dijumpai apabila memproses data dari teleskop Kepler menggunakan rangkaian saraf.

Penyiapan Misi Cassini

Gambar cincin Saturnus, yang diperoleh menggunakan alat "Cassini". Foto: Institut Sains Angkasa / Jpl-caltech / nasa

Pada 15 September, misi siasatan angkasa Cassini berusia 13 tahun berakhir di permukaan Saturnus. Dilancarkan pada tahun 1997, sejak tahun 2004 ia telah menjelajah planet ketujuh, menghantar kepada Bumi sejumlah besar data dan gambar-gambar yang unik. Peringkat terakhir dalam hidupnya – "Final Big" bermula pada 26 April 2017. Cassini membuat 22 penerbangan antara planet dan cincin batin."Penyelaman" sedemikian memberikan banyak maklumat baru, terutamanya mengenai ikatan elektrik dan kimia ionosfer Saturnus dengan cincin.

Berdasarkan data daripada siasatan pada tahun 2017, ahli astronomi membuat kesimpulan bahawa cincin Saturnus jauh lebih muda daripada planet ini, iaitu kira-kira 4.5 bilion tahun. Umur cincin dianggarkan 100 juta tahun, sehingga mereka sezaman dinosaur.

Para penyelidik memutuskan untuk "menggugurkan" siasatan di planet ini supaya tidak secara tidak sengaja membawa bakteria daratan ke satelit Titan dan Enceladus Saturn, di mana mungkin ada mikroorganisma tempatan.

Quark thermonuclear

Pada bulan November di majalah itu Alam Satu artikel muncul di mana dua ahli fizik dari Amerika Syarikat dan Israel secara teorinya mencadangkan kemungkinan tindak balas yang mirip dengan termonuklear pada tahap quark, tetapi dengan pembebasan tenaga yang jauh lebih besar. Seperti yang diketahui, semasa reaksi termonuklear, elemen cahaya bergabung dengan pembebasan tenaga. Tindak balas yang sama mungkin berlaku dalam perlanggaran zarah-zarah asas, yang menurut konsep moden, terdiri daripada kuark. Dalam kes ini, quark zarah bertabrakan akan berinteraksi dan berkumpul semula. Akibatnya, zarah baru dengan tenaga kuark yang berbeza akan muncul dan tenaga akan dikeluarkan.

Para penyelidik menunjukkan dua kemungkinan reaksi.Pada permulaannya, apabila kedua kuark terpesong bergabung, tenaga 12 MeV akan dibebaskan. Pada pertemuan dua kuark yang lebih rendah, 138 MeV harus dilepaskan, yang hampir lapan kali lebih besar daripada dalam deuterium dan tritium perpecahan berasingan dalam reaksi termonuklear (18 MeV). Penggunaan praktikal anggapan ini belum dipertimbangkan kerana kekurangan kehidupan kuark.

Excitons berjaya mengalir

Pada bulan Disember, satu pasukan ahli fizik dari Amerika Syarikat, Great Britain dan Belanda mengumumkan penemuan bentuk baru yang dipanggil exciton. Permukaan quasi-zarah – keadaan teruja tertentu kristal, yang boleh diwakili sebagai sebatian elektron dan lubang, menyerupai atom hidrogen – telah diramalkan pada tahun 1931 oleh ahli fizik Soviet Jacob Ilich Frenkel.

An exciton kepunyaan boson, zarah dengan spin keseluruhan, dan pada suhu yang cukup rendah, sistem boson masuk ke keadaan khas yang dipanggil kondensat, di mana semua zarah berada dalam keadaan kuantum yang sama dan berkelakuan seperti satu gelombang kuantum yang besar. Disebabkan ini, cecair Bose menjadi superfluid atau superconducting. Penyelidik berjaya mengesan Bose condensate excitons dalam kristal 1T-TiSe2.

Penemuan ini penting untuk perkembangan selanjutnya mekanik kuantum, dan dalam praktiknya, superconductivity dan exciton superfluidity boleh digunakan.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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