Вспышка света из двух фотонов в недрах коллайдера стала причиной создания сотен научных трудов


В прошлом году исследователи, работающие на Большом Адронном Коллайдере (БАК), обнаружили, что в некоторых случаях при столкновении протона с протоном возникают пары фотонов, имеющих энергию порядка 750 ГэВ. Это явление стало своего рода "указателем" на существование некоей абсолютно новой частицы, которая до этого не была описана даже в теории. Ученые из области теоретической физики с энтузиазмом восприняли новое открытие и многочисленные группы занялись разработкой собственных теорий, каждая из которых подкреплялась сразу несколькими научными трудами. В результате сложилась ситуация, что одно единственное явление стало причиной создания сотен научных работ и это, по праву, можно считать своего рода рекордом в науке.

Многие из упомянутых выше научных работ были опубликованы в различных научных журналах и ниже мы познакомим наших читателей с четырьмя основными теориями, которые, по мнению экспертов, наиболее правдоподобны и соответствуют действительности.

Согласно первой теории, разработанной Кристофером Петерссоном (Christoffer Petersson) из Технологического университета Чалмерса (Chalmers University of Technology), Швеция, и Риккардо Торе (Riccardo Torre) из Института теории физических феноменов (Institut de Theorie des Phenomenes Physiques), Швейцария, двухфотонная вспышка света указывает на существование бозона, очень слабо взаимодействующего с другими частицами. Этот бозон является суперсимметричным "партнером" гипотетической частицы-фермиона, которая называется голдстино (goldstino).

Вторая теория была разработана Юйчиро Накаи, Риосуке Сато и Кохсаку Тобиока из Японии. Они считают, что вспышка света является доказательством существования подобного пиону (частица, состоящая исключительно из экзотических кварков) бозона, который в настоящее время еще не входит в состав Стандартной модели физики элементарных частиц и который может иметь отношение к новому типу сил сильных взаимодействий.

Разработчиками третьей теории является немногочисленная группа китайских ученых, которые объясняют факт вспышки наличием бозона, подобного бозону Хиггса. Однако новый бозон должен быть в шесть раз более массивен, нежели частица Хиггса, и он имеет связь с новыми типами частиц-фермионов.

И четвертая теория, разработанная совместными усилиями ученых из США и Южной Кореи, говорит о том, что зарегистрированные датчиками вспышки из двух фотонов являются последствиями распада каких-либо массивных частиц. При этом, фотоны света, являющиеся продуктами такого распада, совершенно не связаны друг с другом и их не стоит рассматривать, как взаимосвязанные пары.

В настоящее время Большой Адронный Коллайдер находится приблизительно на середине этапа работы, который был начат его перезапуском после длительной остановки на модернизацию. Ученые надеются, что данные, которые уже были или будут получены в ближайшем будущем, помогут им опровергнуть или доказать достоверность некоторых из теорий, о которых речь шла выше. Однако, существует достаточно большая вероятность того, что регистрация вспышек из двух фотонов света является лишь случайностью, помехой или шумом, обусловленным погрешностью измерений. И в данном случае весь титанический объем работы, проделанной учеными-теоретиками, станет усилиями, потраченными абсолютно впустую.

Источник

Исследователи обнаружили абсолютно новое состояние молекул воды


Технология рассеивания нейтронов и компьютерное моделирование продемонстрировали ученым неожиданное и уникальное поведение молекул воды при некоторых чрезвычайных условиях, которое не соответствует ни одному из известных состояний этого вещества, твердому, жидкому или газообразному. Ученые из Национальной лаборатории Ок-Ридж (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) описали это термином туннельное состояние молекул воды. В такое состояние молекулы воды переходят, когда они находятся в шестигранных каналах, пролегающих внутри кристалла берилла, диаметр которых равен 5 ангстремам, Ангстрем - это десятая часть от миллиардной части метра, 1 ангстрем - это диаметр атомов некоторых химических элементов.

Данное открытие было сделано при помощи источника нейтронов Spallation Neutron Source, находящегося в распоряжении ученых ORNL. А результаты данного открытия прольют свет на некоторые загадки поведения воды в почве, горных породах в порах молекулярных мембран и т.п. Кроме этого, результаты окажут влияние на некоторые другие дисциплины и области науки.

"При низких температурах вода, находящаяся в туннельном состоянии, демонстрирует квантовое движение через потенциальные "стены", которое запрещено в обычном физическом мире" - рассказывает Александр Колесников, ведущий исследователь, - "Это означает, что атомы водорода и кислорода молекулы "делокализованы", они находятся сразу во всех шести симметричных возможных положениях одновременно. Это - одно из тех явлений, которые происходят только в призрачном квантовом мире и не имеют аналогов в мире обычной физики".

Во время предыдущих исследований ученые обнаружили туннельное состояние атомов водорода, но тот факт, что и более сложные молекулы воды также могут находиться в таком состоянии, беспрецедентен сам по себе. Технология рассеивания нейтронов показала, что атомы молекулы воды "делокализуются" вокруг некоего условного кольца и, таким образом, молекула воды принимает весьма необычную многогранную форму.

"Эксперименты показали, что средняя кинетическая энергия атомов водорода молекулы воды, находящейся в туннельном состоянии при температуре, близкой к температуре абсолютного нуля, приблизительно на 30 процентов меньше, чем энергия атомов водорода воды в обычном жидком или твердом состоянии" - рассказывает Александр Колесников, - "И этот факт полностью противоречит всем существующим моделями и теориями".

И в заключение следует отметить, что для того, чтобы молекулы воды перешли в туннельное состояние, совсем недостаточно "загнать" их в любую узкую полость. Как показали компьютерные расчеты, что "катализатором" перехода молекул воды в туннельное состояние являются вибрационные колебания структуры кристалла берилла, которые имеют весьма своеобразную динамику.

Источник

Графеновые микроботы могут очистить воду от токсичных соединений и тяжелых металлов


Многие из процессов, используемых людьми в настоящее время, являются источниками загрязнения окружающей среды. При производстве солнечных и аккумуляторных батарей, электронных устройств и многого другого в воду и почву выбрасывается достаточно большое количество тяжелых металлов, таких, как свинец, мышьяк, ртуть, кадмий и хром, которые образуют соединения, неблагоприятные, а зачастую и опасные для жизни человека. Очистка сточных вод от тяжелых металлов является делом сложным и дорогостоящим, и достаточно большое количество промышленных предприятий зачастую просто пренебрегает проблемами защиты окружающей среды.

Помочь справиться с проблемой загрязнения среды тяжелыми металлами могут крошечные микроботы, изготовленные из графена. Эти крошечные устройства были созданы группой исследователей из Института интеллектуальных систем Макса Планка (Max-Planck Institute for Intelligent Systems), Штутгарт, Германия, и они уже продемонстрировали, что им по силам убрать из воды 95 процентов свинца всего за один час времени.

Размер каждого микробота меньше, чем толщина человеческого волоса. Они способны работать группами большой численности и могут использоваться много раз, проходя через процедуру химической очистки, что существенно снижает стоимость их использования.

"Наша работа является шагом к созданию "умной" системы очистки, которая может удалить загрязнения из окружающей среды, не создавая, в отличие от других систем, дополнительного загрязнения" - рассказывает Самуэль Санчес (Samuel Sanchez), один из членов исследовательской группы.

Роботы способны функционировать в окружающей среде благодаря их многослойному строению. Внешний слой микробота состоит из графена, который привлекает и захватывает ионы любых тяжелых металлов, присутствующих в окружающей среде и которые входят в контакт с поверхностью. Средний слой изготовлен из никеля, металла, обладающего магнитными свойствами, что позволяет управлять "роем" таких микроботов при помощи единого внешнего магнитного поля. С внутренней стороны никелевый цилиндр имеет напыление платины, которая выступает в роли двигателя, обеспечивающего реактивную тягу, толкающую микробота вперед.

Тяга вырабатывается, когда перекись водорода, добавленная к очищаемой воде, начинает распадаться на воду и кислород под воздействием платинового катализатора. Вырывающиеся в отверстие пузырьки толкают микробота вперед, а изменяя параметры внешнего магнитного поля, можно управлять направлением и скоростью движения группы микроботов с достаточно высокой точностью.

В настоящее время первые микроботы способны эффективно удалять из воды только свинец, но исследователи уже работают над расширением их возможностей к связыванию ионов других тяжелых металлов и токсичных химических соединений. Параллельно с этим ведется разработка технологии, которая позволит производить таких микроботов в больших количествах, после чего уже можно будет начинать процесс их практического применения.

Источник

Ученым удалось синтезировать первые образцы карбина - самого прочного и твердого материала на сегодняшний день


Несколько лет назад ученые путем расчетов сложных математических моделей определили свойства экзотической формы углерода, получившей название карбин (Carbyne), и выяснили, что прочность и твердость этого материала должна превосходить аналогичные свойства всех других известных материалов, включая графен и углеродные нанотрубки. И лишь недавно ученым из Венского университета (University of Vienna), Австрия, удалось получить в своей лаборатории первые стабильные образцы этого нового материала.

Следует отметить, что попытки синтеза образцов карбина уже предпринимались в прошлом, но они закончились безуспешно из-за некоторых особенностей строения кристаллической решетки материала. Карбин - это длинная одномерная цепочка атомов углерода, в которой один атом связан лишь с двумя соседними, и такая структура делает материал достаточно реактивным, сразу после синтеза этот материал быстро разрушается.

Австралийские исследователи нашли способ избежать спонтанного разрушения карбина. Они взяли два графеновых "листа", положили их друг на друга и "свернули" это все, получив нантрубку с двойными стенами. Эта нанотрубка представляет собой нечто вроде графенового "термоса" для процесса синтеза карбина. Процесс синтеза нового материала, проведенный внутри такой графеновой защиты, дал желаемые результаты и нить карбина осталась в стабильном состоянии.


Во время первых попыток синтеза карбина ученым удавалось связать в цепочку 100 атомов углерода. Но по мере совершенствования навыков и технологий это количество увеличилось, последние синтезированные цепочки состояли уже из 6400 атомов и ученые утверждают, что использование графенового "термоса-реактора" позволяет им синтезировать карбиновые цепочки сколь угодно большой длины.

В настоящее время ученым еще неизвестно сколь полезным во всех отношениях является экзотический материал, который должен постоянно находиться в защитной графеновой оболочке. Но ученые из других групп уже проявили интерес к новому материала и скоро начнется процесс изучения свойств карбина, который имеет большую твердость, нежели графен или алмаз, и большую прочность, нежели любой другой из известных материалов.

Источник