Биёед кори худамонро кунем ва шояд инқилоб шавад

Бозьёфтхои бузург, назарияхои далерона, комьёбихои илмй. Воситаҳои ахбори омма пур аз чунин формулаҳо мебошанд, ки одатан муболиға мекунанд. Дар ҷое дар сояи "физикаи бузург", LHC, масъалаҳои бунёдии космологӣ ва мубориза бар зидди Модели Стандарт, муҳаққиқони заҳматкаш хомӯшона кори худро иҷро мекунанд, дар бораи татбиқи амалӣ фикр мекунанд ва дониши моро зина ба зина васеъ мекунанд.

«Биёед кори худамонро кунем» бешубха шиори олимоне шуда метавонад, ки дар кори ба вучуд овардани синтези термоядрой иштирок доранд. Зеро сарфи назар аз чавобхои калон ба саволхои калон халли проблемахои амалй ва ба назар ночиз, ки бо ин процесс алокаманданд, кодир аст, ки чахонро дигаргун созад.

Шояд, масалан, бо тачхизоте, ки ба руи миз рост меояд, синтези хурди ядроиро анчом додан мумкин бошад. Олимони Донишгоҳи Вашингтон соли гузашта ин дастгоҳро сохта буданд Z-пинч (1), ки кодир аст, ки реаксияи синтезро дар давоми 5 микросония нигох дорад, гарчанде ки маълумоти асосии таъсирбахш миниатюризатсияи реактор буд, ки дарозии он хамагй 1,5 метр аст, Z-pinch бо рохи кашидан ва фишурдани плазма дар майдони пуриктидори магнитй кор мекунад.

На он қадар самаранок, аммо эҳтимолан ниҳоят муҳим саъю кушиш мекунанд . Тибқи тадқиқоти Департаменти Энергетикаи ИМА (DOE), ки моҳи октябри соли 2018 дар маҷаллаи Physics of Plasmas нашр шудааст, реакторҳои синтезӣ қобилияти назорат кардани ларзиши плазмаро доранд. Ин мавҷҳо зарраҳои энергияи баландро аз минтақаи реаксия берун карда, як қисми энергияи барои реаксияи синтез заруриро бо худ мегиранд. Тадқиқоти нави DOE моделҳои мураккаби компютериро тавсиф мекунад, ки метавонанд пайдоиши мавҷҳоро пайгирӣ ва пешгӯӣ кунанд ва ба физикҳо қобилияти пешгирӣ кардани раванд ва нигоҳ доштани зарраҳоро дар зери назорат фароҳам оранд. Олимон умедворанд, ки кори онҳо ба сохтмон кумак хоҳад кард ITER, шояд машҳуртарин лоиҳаи реактори синтези таҷрибавӣ дар Фаронса.

Инчунин комьёбихо ба монанди харорати плазма 100 миллион дарача, ки дар охири соли гузашта аз ҷониби як гурӯҳи олимони Институти физикаи плазмаи Чин дар Токамаки таҷрибавии пешрафтаи суперноқилӣ (EAST) ба даст оварда шудааст, мисоли пешрафти қадам ба қадам ба сӯи синтези самаранок мебошад. Ба гуфтаи коршиносон, ки таҳқиқотро шарҳ медиҳанд, он метавонад дар лоиҳаи ITER, ки дар он Чин дар қатори 35 кишвари дигар ширкат мекунад, аҳамияти калидӣ дошта бошад.

Суперноқилҳо ва электроника

Сохаи дигаре, ки потенци-али калон дорад, ки дар он ба чои пешравихои калон кадамхои начандон хурду душвор ба пеш гузошта мешаванд, чустучуи супернол-дикхои харорати баланд мебошад. (2). Мутаассифона, бонги хатари бардурӯғ ва ташвишҳои бармаҳал зиёд аст. Одатан гузоришҳои таҳқиромези ВАО муболиға ё танҳо дурӯғанд. Ҳатто дар гузоришҳои ҷиддитар ҳамеша "аммо" вуҷуд дорад. Тавре ки дар гузориши ахири худ, олимони Донишгоҳи Чикаго суперноқилият, қобилияти интиқоли барқро бидуни талаф дар ҳарорати баландтарин, ки то кунун сабт шудааст, кашф карданд. Бо истифода аз технологияи муосир дар Лабораторияи Миллии Аргонна, як гурӯҳи олимони маҳаллӣ як синфи маводро омӯхтанд, ки дар онҳо суперноқилиятро дар ҳарорати тақрибан -23 ° C мушоҳида карданд. Ин назар ба рекорди тасдиқшудаи қаблӣ тақрибан 50 дараҷа ҷаҳиш аст.

2. Суперноқил дар майдони магнитӣ

Аммо, дар он аст, ки шумо бояд фишори зиёд ба кор баред. Маводи санҷидашуда гидридҳо буданд. Дар тӯли чанд вақт, пергидриди лантанӣ таваҷҷӯҳи махсус дошт. Дар таҷрибаҳо маълум шуд, ки намунаҳои хеле лоғар аз ин мавод дар зери таъсири фишорҳо дар доираи аз 150 то 170 гигапаскал суперноқилият нишон медиҳанд. Натиҷаҳо моҳи май дар маҷаллаи Nature, ки бо ҳаммуаллифи проф. Виталий Прокопенко ва Эран Гринберг.

Барои фикр кардан дар бораи татбиқи амалии ин маводҳо, шумо бояд фишор ва инчунин ҳароратро паст кунед, зеро ҳатто то -23 ° C он қадар амалӣ нест. Кор дар он як физикаи қадами хурд аст, ки солҳо дар лабораторияҳои саросари ҷаҳон идома дорад.

Ин ба тадқиқоти амалӣ низ дахл дорад. зуҳуроти магнитӣ дар электроника. Чанде пеш, бо истифода аз зондҳои магнитии хеле ҳассос, як гурӯҳи байналмилалии олимон далелҳои ҳайратангез пайдо карданд, ки магнитизмро, ки дар интерфейси қабатҳои тунуки оксиди ғайримагнитӣ ба амал меояд, бо истифода аз қувваҳои хурди механикӣ ба осонӣ идора кардан мумкин аст. Бозёфт, ки моҳи декабри соли гузашта дар физикаи табиат эълон шуда буд, роҳи нав ва ғайричашмдошти назорати магнитизмро нишон медиҳад, ки аз ҷиҳати назариявӣ имкон медиҳад, ки дар бораи хотираи зичтари магнитӣ ва спинтроника фикр кунем.

Ин кашфиёт имкони наверо барои миниатюризатсияи ҳуҷайраҳои хотираи магнитӣ фароҳам меорад, ки имрӯз аллакай андозаи чанд даҳҳо нанометрро доранд, аммо миниатюрии минбаъдаи онҳо бо истифода аз технологияҳои маълум душвор аст. Интерфейсҳои оксид як қатор падидаҳои ҷолиби физикиро, аз қабили ноқилҳои дученака ва суперноқилиятро муттаҳид мекунанд. Идоракунии ҷараён ба воситаи магнитизм соҳаи хеле умедбахши электроника мебошад. Ҷустуҷӯи маводҳои дорои хосиятҳои мувофиқ, аммо дастрас ва арзон ба мо имкон медиҳад, ки дар бораи рушд ҷиддӣ муносибат кунем спинтронӣ.

хам хаста мешавад назорати гармии партовҳо дар электроника. Муҳандисони UC Berkeley ба наздикӣ маводи тунук (ғафсии филм 50-100 нанометр) таҳия карданд, ки метавонад барои барқарор кардани гармии партов барои тавлиди нерӯ дар сатҳе, ки қаблан дар ин навъи технология дида нашудааст, истифода шавад. Он равандеро истифода мебарад, ки табдили нерӯи пироэлектрикӣ ном дорад, ки тадқиқоти нави муҳандисӣ нишон медиҳад, ки барои истифода дар манбаъҳои гармии зери 100°С мувофиқ аст. Ин танҳо яке аз намунаҳои охирини тадқиқот дар ин соҳа аст. Дар саросари ҷаҳон садҳо ва ҳатто ҳазорҳо барномаҳои тадқиқотӣ мавҷуданд, ки ба идоракунии энергия дар электроника алоқаманданд.

"Ман намедонам чаро, аммо ин кор мекунад"

Таҷриба бо маводи нав, гузариши фазаҳои онҳо ва падидаҳои топологӣ як соҳаи хеле умедбахши тадқиқот аст, ки чандон самаранок нест, мушкил ва хеле кам ҷолиб барои ВАО. Ин яке аз тадқиқотҳои бештар иқтибосшуда дар соҳаи физика мебошад, гарчанде ки он дар ВАО, ба истилоҳ, таблиғоти зиёде пайдо кардааст. асосии онҳо одатан ғолиб нест,.

Таҷрибаҳо бо тағирёбии марҳилавӣ дар маводҳо баъзан натиҷаҳои ғайричашмдошт меоранд, масалан гудохтани металл бо нуқтаҳои обшавии баланд ҳарорати хонагӣ. Мисол дастоварди охирини гудохтани намунаҳои тилло, ки маъмулан дар ҳарорати хонагӣ дар ҳарорати 1064°С бо истифода аз майдони барқ ​​ва микроскопи электронӣ гудохта мешавад. Ин тағирот баръакс буд, зеро хомӯш кардани майдони барқ ​​метавонад тиллоро дубора мустаҳкам кунад. Ҳамин тариқ, майдони электрикӣ ба ҷузъ аз ҳарорат ва фишор ба омилҳои маълуме, ки ба тағирёбии фазаҳо таъсир мерасонанд, ҳамроҳ шуд.

Тағйироти марҳилавӣ низ дар давоми шадид мушоҳида шуд импулсҳои нури лазерӣ. Натиҷаҳои омӯзиши ин падида тобистони соли 2019 дар маҷаллаи Nature Physics нашр шуда буданд. Дастаи байналмилалӣ барои ноил шудан ба ин бо роҳбарии Нуҳ Гедик (3), профессори физикаи Донишкадаи технологии Массачусетс. Олимон муайян карданд, ки ҳангоми обшавии аз ҷиҳати оптикӣ индуксионӣ, гузариши фаза тавассути ташаккули сингулярҳо дар мавод, ки бо номи нуқсонҳои топологӣ маълуманд, ба амал меояд, ки дар навбати худ ба динамикаи электронӣ ва торҳои дар натиҷа ҳосилшуда таъсир мерасонад. Ин нуқсонҳои топологӣ, тавре ки Гедик дар интишори худ шарҳ додааст, ба гирдобиҳои хурде монанданд, ки дар моеъҳо ба монанди об ба вуҷуд меоянд.

Олимон барои тадқиқоти худ як пайвастагии лантан ва теллур LaTe-ро истифода бурданд.₃. Муҳаққиқон тавзеҳ медиҳанд, ки қадами оянда кӯшиши муайян кардани он хоҳад буд, ки чӣ гуна онҳо метавонанд "ин камбудиҳоро ба таври назоратшаванда тавлид кунанд". Эҳтимол, ин метавонад барои нигаҳдории додаҳо истифода шавад, ки дар он импулсҳои рӯшноӣ барои навиштан ё таъмири камбудиҳо дар система, ки ба амалиёти додаҳо мувофиқанд, истифода мешаванд.

Ва азбаски мо ба импулсҳои ултратези лазерӣ расидем, истифодаи онҳо дар бисёр таҷрибаҳои ҷолиб ва барномаҳои эҳтимолии ояндадор дар амал мавзӯъест, ки аксар вақт дар гузоришҳои илмӣ пайдо мешавад. Масалан, гурӯҳи Игнасио Франко, ассистенти профессори химия ва физикаи Донишгоҳи Рочестер, ба наздикӣ нишон дод, ки чӣ гуна импулсҳои ултратези лазериро барои вайрон кардани хосиятҳои модда Ҳозир тавлиди ҷараёни барқ бо суръати тезтар аз хар гуна техникае, ки то хол ба мо маълум аст. Тадқиқотчиён риштаҳои шишагии тунукро бо давомнокии як миллион як миллиарду як сония коркард карданд. Дар як мижа задан, маводи шишагин ба чизе монанди металле табдил ёфт, ки қувваи барқро мегузаронад. Ин назар ба ҳама гуна системаи маълум, дар сурати мавҷуд набудани шиддати истифодашуда зудтар рӯй дод. Самти ҷараён ва шиддатнокии ҷараёнро тавассути тағир додани хосиятҳои шуои лазерӣ идора кардан мумкин аст. Ва азбаски онро идора кардан мумкин аст, ҳар як муҳандиси электроника бо таваҷҷӯҳ нигаред.

Франко дар нашрияи Nature Communications шарҳ дод.

Мохияти физикии ин ходисахо пурра дарк карда нашудааст. Худи Франко гумон мекунад, ки механизмҳои монанди таъсири сахт, яъне таносуби партов ё ҷабби квантҳои рӯшноӣ бо майдони электрикӣ. Агар дар асоси ин падидаҳо системаҳои электронии коркунанда сохтан имконпазир мебуд, мо як эпизоди дигари силсилаи муҳандисӣ бо номи "Мо намедонем, ки чаро, аммо кор мекунад" мебуд.

Ҳассосият ва андозаи хурд

Гироскопҳо дастгоҳҳое мебошанд, ки ба мошинҳо, дронҳо, инчунин асбобҳои электронӣ ва дастгоҳҳои сайёр дар фазои сеченака сайр мекунанд. Ҳоло онҳо дар дастгоҳҳое, ки мо ҳар рӯз истифода мебарем, васеъ истифода мешаванд. Дар ибтидо, гироскопҳо маҷмӯи чархҳои лона гузошташуда буданд, ки ҳар яки онҳо дар атрофи меҳвари худ давр мезананд. Имрӯз, дар телефонҳои мобилӣ, мо сенсорҳои микроэлектромеханикиро (MEMS) пайдо мекунем, ки тағиротро дар қувваҳое, ки дар ду массаи якхела амал мекунанд, ларзиш ва ҳаракат ба самти муқобил чен мекунанд.

Гироскопҳои MEMS дорои маҳдудиятҳои назарраси ҳассосият мебошанд. Ҳамин тавр, он сохта мешавад гироскопҳои оптикӣ, бе ягон қисмҳои ҳаракаткунанда, барои вазифаҳои ҳамон, ки истифода падидаи даъват Таъсири sagnac. Бо вуҷуди ин, то ҳол мушкили миниатюризатсияи онҳо вуҷуд дошт. Хурдтарин гироскопҳои оптикии баландсифати дастрас аз тӯби пинг-понг калонтаранд ва барои бисёр барномаҳои сайёр мувофиқ нестанд. Аммо, муҳандисони Донишгоҳи технологии Калтех бо роҳбарии Алӣ Ҳоҷимирӣ як гироскопи нави оптикиро таҳия карданд, ки панчсад баробар кам астки то хол маълум аст4). Ӯ ҳассосияти худро тавассути истифодаи техникаи нав бо номи "таҳкими ҳамдигар» Дар байни ду нури нур, ки дар интерферометри маъмулии Sagnac истифода мешаванд. Дастгоҳи нав дар мақолае тавсиф шудааст, ки дар Nature Photonics ноябри соли гузашта нашр шуда буд.

4. Гироскопи оптикиро Алӣ Ҳоҷимирӣ ва ҳамкорони ӯ таҳия кардаанд. 

Таҳияи гироскопи дақиқи оптикӣ метавонад самти смартфонҳоро хеле беҳтар кунад. Дар навбати худ, онро олимони Columbia Engineering сохтаанд. аввалин линзаи ҳамвор қодир аст, ки доираи васеи рангҳоро дар як нуқта дуруст тамаркуз кунад, бидуни ниёз ба унсурҳои иловагӣ метавонад ба қобилияти аксбардории таҷҳизоти мобилӣ таъсир расонад. Линзаи ҳамвори-микрон лоғар инқилобӣ аз варақи коғаз ба таври назаррас бориктар аст ва иҷрои онро бо линзаҳои композитии олӣ муқоиса мекунад. Бозёфтҳои гурӯҳ, ки таҳти роҳбарии Нанфан Ю, ёвари профессори физикаи амалӣ, дар як тадқиқот дар маҷаллаи Nature нашр шудааст.

Олимон линзаҳои ҳамворро аз "метаатомхо". Ҳар як метаатом як фраксияи дарозии мавҷи рӯшноиро дар андоза ташкил медиҳад ва мавҷҳои рӯшноиро ба миқдори дигар ба таъхир меандозад. Бо сохтани як қабати хеле тунуки ҳамвори наноструктураҳо дар субстрате, ки ғафси мӯи инсон аст, олимон тавонистанд, ки ҳамон функсияро ҳамчун системаи оддии линзаҳои хеле ғафс ва вазнинтар ба даст оранд. Metalenses метавонад системаҳои линзаҳои калонҳаҷмро ҳамон тавре иваз кунад, ки телевизорҳои экрани ҳамвор телевизорҳои CRT-ро иваз кардаанд.

Чаро коллайдери калон дар ҳоле ки роҳҳои дигар вуҷуд доранд

Физикаи қадамҳои хурд низ метавонад маъно ва маъноҳои гуногун дошта бошад. Барои намуна - ба ҷои сохтани сохторҳои бениҳоят калон ва талаб кардани сохторҳои аз ин ҳам калонтар, чунон ки бисёре аз физикҳо мекунанд, кас метавонад кӯшиш кунад, ки ба саволҳои калон бо асбобҳои хоксортар ҷавоб ёбад.

Аксари суръатдиҳандаҳо шуои зарраҳоро тавассути тавлиди майдонҳои электрикӣ ва магнитӣ метезонанд. Бо вуҷуди ин, барои чанд вақт ӯ бо як техникаи дигар озмоиш кард - суръатбахшии плазма, шитоби заррачаҳои заряднок ба монанди электронҳо, позитронҳо ва ионҳо бо истифода аз майдони электрикӣ бо мавҷи дар плазмаи электронӣ тавлидшуда. Вақтҳои охир ман дар болои версияи нави онҳо кор кардам. Дастаи AWAKE дар CERN барои эҷоди мавҷи плазма протонҳоро (на электронҳо) истифода мебарад. Гузариш ба протонҳо метавонад дар як қадами шитоб зарраҳоро ба сатҳи баландтари энергия барад. Шаклҳои дигари суръатбахшии майдони бедории плазма барои расидан ба як сатҳи энергия чанд қадамро талаб мекунанд. Олимон боварӣ доранд, ки технологияи ба протон асосёфтаи онҳо метавонад ба мо имкон диҳад, ки дар оянда суръатдиҳандаҳои хурдтар, арзонтар ва пурқувваттар созем.

5. Суръатдиҳандаи миниатюрии думарҳила аз DESY - визуализатсия

Дар навбати худ олимони DESY (мухтасари «Deutsches Elektronen-Synchrotron» — синхротрони электронии немисй) дар мохи июль дар сохаи миниатюризатсияи суръатбахшхои заррахо рекорди нав гузоштанд. Суръатдиҳандаи терагерт энергияи электронҳои воридшударо бештар аз ду баробар зиёд кард (5). Дар баробари ин, насбкунӣ сифати нури электрониро нисбат ба таҷрибаҳои қаблӣ бо ин техника хеле беҳтар кард.

Франц Кертнер, роҳбари гурӯҳи ултратези оптика ва рентгении DESY, дар як баёнияи матбуотӣ шарҳ дод. -

Дастгоҳи алоқаманд майдони суръатбахшро бо шиддатнокии максималии 200 миллион вольт дар як метр (МВ/м) ба вуҷуд овард, ки ба суръатбахштарин муосири анъанавӣ монанд аст.

Дар навбати худ, як детектори нав, нисбатан хурд АЛФА-г (6), ки онро ширкати канадагии TRIUMF сохтааст ва аввали соли равон ба CERN фиристода шудааст, вазифаи шитоби гравитационии антиматерияро чен кунед. Оё антиматерия дар сурати мављуд будани майдони гравитационї дар сатњи Замин ба +9,8 м/с2 (поён), -9,8 м/с2 (боло), 0 м/с2 (аслан шитоби љозиба надорад) суръат мегирад ё каме дорад. арзиши дигар? Имконияти охирин физикаро инқилоб мекунад. Аппарати хурди ALPHA-g метавонад ба гайр аз исботи мавчудияти «зиддивазнй» моро ба рохе барад, ки ба бузургтарин асрори коинот мебарад.

Дар миқёси боз ҳам хурдтар мо кӯшиш мекунем, ки падидаҳои сатҳи боз ҳам пасттарро омӯзем. Дар боло 60 миллиард гардиш дар як сония онро олимони университети Пурдю ва университетхои Хитой тартиб дода метавонанд. Ба гуфтаи муаллифони таҷриба дар мақолае, ки чанд моҳ пеш дар Physical Review Letters нашр шуда буд, чунин эҷоди босуръат гардиш ба онҳо имкон медиҳад, ки беҳтар дарк кунанд. сирри .

Объект, ки дар ҳамон гардиши шадид қарор дорад, нанозаррачаест, ки паҳноиаш тақрибан 170 нанометр ва дарозиаш 320 нанометр аст, ки олимон онро аз кремний синтез кардаанд. Гурӯҳи тадқиқотӣ бо истифода аз лазер объектро дар вакуум бардоштанд ва сипас онро бо суръати бениҳоят импулс дод. Кадами навбатй гузарондани тачрибахо бо суръати боз хам баландтари гардиш мебошад, ки ин имкон медихад, ки назарияхои асосии физики, аз чумла шаклхои экзотикии соиш дар вакуум тадкик карда шаванд. Тавре ки шумо мебинед, ба шумо лозим нест, ки километрҳо қубурҳо ва детекторҳои азим бунёд кунед, то бо асрори бунёдӣ рӯ ба рӯ шавед.

Дар соли 2009 ба олимон муяссар шуд, ки дар лаборатория як навъи махсуси сурохии сиёҳро созанд, ки садоро фурӯ мебарад. Аз он вакт инчониб як садо  хамчун аналогхои лаборатории объекти нур-гиранда фоиданок будани худро исбот кард. Дар мақолае, ки моҳи июли соли ҷорӣ дар маҷаллаи Nature нашр шуд, муҳаққиқони Донишкадаи технологии Технион Исроил тасвир мекунанд, ки чӣ гуна онҳо сӯрохи сиёҳи садоиро офаридаанд ва ҳарорати радиатсияи Ҳокингро чен кардаанд. Ин ченакҳо ба ҳарорати пешбиникардаи Ҳокинг мувофиқ буданд. Ҳамин тариқ, ба назар чунин мерасад, ки барои омӯхтани он ба сӯрохи сиёҳ экспедитсия кардан лозим нест.

Кӣ медонад, ки оё дар ин лоиҳаҳои ба назар камсамари илмӣ, дар кӯшишҳои лабораторӣ ва таҷрибаҳои такрорӣ барои санҷиши назарияҳои хурд ва пароканда пинҳон шудаанд, ҷавоб ба саволҳои калонтарин мебошанд. Таърихи илм таълим медиҳад, ки ин метавонад рӯй диҳад.