Сигналы "быстрых радиоимпульсов" предоставляют возможность проверки постулатов Общей теории относительности Эйнштейна

Ученые-физики обнаружили новый способ, при помощи которого можно выполнить проверку основных принципов, лежащих в основе Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, которая определяет, что геометрия пространства искривляется под воздействием гравитационных сил скоплений материи, таких, как отдельные галактики, звезды, планеты и другие космические объекты. В основу нового метода легло использование сигналов так называемых быстрых радиоимпульсов (Fast Radio Burst, FRB), мощных и коротких всплесков радиоизлучения, которое возникает в результате некоторых высокоэнергетических событий. Используя данные об этих радиоимпульсах можно получить в сто раз более точные и достоверные результаты, чем при использовании других методов, основанных на анализе всплесков гамма-лучей.

Быстрые радиоимпульсы - это сверхкороткие и сверхмощные всплески радиоизлучения, длящиеся всего несколько миллисекунд. Из-за их случайной природы эти радиоимпульсы достаточно сложно зарегистрировать, в настоящее время учеными было зарегистрировано чуть больше одного десятка таких радиоимпульсов, источники которых находятся за пределами нашей галактики и, возможно, даже за пределами локального скопления, в состав которого входит и Млечный Путь.

"Если нам удастся точно измерить расстояние до источника радиоимпульса, находящегося за пределами Млечного Пути, то все это станет мощным инструментом для проверки Принципа эквивалентности Эйнштейна и предположения о том, что этот принцип действует не только на свет, но и на волны всего электромагнитного спектра" - рассказывает Питер Месзарос (Peter Meszaros), профессор астрофизики, астрономии и физики из Пенсильванского университета.



Принцип эквивалентности Эйнштейна определят, что два фотона света с различной длиной волны (частотой), излученные в один и тот же момент времени одним источником, испытывающие одинаковое влияние гравитационных сил, достигнут Земли одновременно. "Если Принцип эквивалентности верен, то причиной любой временной задержки во времени прибытия двух фотонов не могут быть силы гравитации, это должны быть какие-нибудь другие физические эффекты" - рассказывает Месзарос, - "Имея данные о времени прибытия двух фотонов с различной частотой, мы можем проверить, насколько точно соблюдается Принцип эквивалентности".

Анализ данных, собранных во время регистрации быстрых радиоимпульсов, проведенный группой профессора Месзароса, "позволил получить на порядок-два более точные результаты, чем результаты, полученные при помощи других методов, к примеру, анализа всплесков гамма-лучей и других видов высокоэнергетического излучения от взрыва сверхновой звезды, зарегистрированного в 1987 году. Данные нашего анализа показывают, что Принцип эквивалентности Эйнштейна соблюдается с точностью одной части от ста миллионов".

Источник

Астрономы впервые обнаружили видимый свет, излучаемый черной дырой

Впервые в истории астрономии ученым удалось увидеть тусклые вспышки видимого света, излучаемого из области пространства, непосредственно прилегающей к одной из черных дыр. Более того, этот свет может увидеть каждый желающий при помощи обычного любительского телескопа с размером зеркала порядка 20 сантиметров. Резкие вспышки света, излучаемые квазаром, несут в себе массу информации о тонкостях процессов, происходящих при поглощении черной дырой материи из окружающего пространства.

Черные дыры получили свое название благодаря тому, что все, даже фотоны света, не могут снова вернуться в пространство, перейдя через определенную границу, называемую горизонтом событий. Однако, ученые изучают не сами черные дыры, а диски из материи, которые формируются возле черных дыр из притянутого гравитацией космического газа и материи разрываемых гравитацией ближайших звезд. Огромные силы гравитации черной дыры воздействуют на эту материю, которая разогревается до температур в десятки миллионов градусов и которая светится очень ярко в различных диапазонах электромагнитного спектра.

Первые черные дыры были обнаружены в пределах Млечного Пути около 40 лет назад. Дальнейшие исследования показали, что диски материи, формирующиеся вокруг черных дыр, в некоторых случаях, оказывают очень сильное воздействие на близлежащее окружающее пространство. К примеру, из этих дисков часто извергаются потоки разогнанных почти до скорости света частиц, называемые джетами. И эти джеты пронизывают близлежащую галактику, оказывая влияние на процессы ее развития.

Приведенный выше пример с джетами является самым простым вариантом воздействия черных дыр на окружение. Согласно результатам исследований, проведенных астрономом Марико Кимуру (Mariko Kimura) и его коллегами из университета Киото, Япония, материя, находящаяся в непосредственной близости от черной дыры, может вести себя гораздо более сложными способами.



Для изучения этого сложного поведения японские исследователи сосредоточились на V404 Cygni, двойной системе, состоящей из небольшой черной дыры, масса которой превышает массу Солнца в девять раз, и звезды-спутника, которая немного менее массивна, нежели Солнце. Эта система расположена на удалении 7800 световых лет от Земли в Созвездии Лебедя, и V404 Cygni является одной из самых близких к Земле известных черных дыр.

В течение прошедших 26 лет система V404 Cygni была малоактивной, но в 2015 году астрономы начали регистрировать интенсивные вспышки рентгеновского излучения из этой области пространства, что длилось около двух недель. Такая резкая активизация деятельности в системе V404 Cygni сделала эту систему на некоторое время самым ярким источником рентгена во всей известной астрономам части Вселенной.

После регистрации вспышек рентгеновского излучения астрономы обнаружили мерцающий видимый свет, излучаемый из системы V404 Cygni. Длительность этих вспышек колеблется в пределах от 100 секунд до 150 минут и именно это позволяет увидеть окрестности черной дыры при помощи метода прямых наблюдений, а не в рентгеновском или гамма-диапазоне.

"То, что мы обнаружили позволяет нам впервые увидеть всю активность в системе с черной дырой в оптическом диапазоне" - рассказывает Марико Кимуру, - "Несмотря на низкую яркость этих вспышек, мы получили возможность изучения некоторых физических явлений и процессов, происходящих в непосредственной близости от черной дыры. И сделать это можно при помощи достаточно слабых обычных телескопов, а не рентгеновских или гамма-телескопов, доступ к которым есть только у ведущих ученых".


Источник

Быстродействующий детектор из нового материала позволяет извлечь квантовую информацию из единичных фотонов

Регистрация единичных фотонов света являлась и является сейчас достаточно тяжелой задачей, требующей сложного, громоздкого и дорогостоящего оборудования. Но не так давно ученые из американского Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST), используя свой опыт в изготовлении сверхпроводящих нанопроводников, создали новый малогабаритный датчик единичных фотонов, отличающийся самым высоким на сегодняшний день быстродействием, которое равно 74 пикосекундам.

Возможно, что 74 пикосекунды (пикосекунда - это триллионная доля секунды), не походят на сверхвысокое быстродействие. Однако, создание такого датчика является поистине грандиозным достижением в деле изучения квантового мира, в котором квантовая информации достаточно часто переносится при помощи фотонов, частиц света. Высокое быстродействие нового датчика позволяет сократить значение неопределенности, которая возникает из-за неточности в определении момента времени прибытия фотона. И именно эта неопределенность является фактором, который ограничивает максимальные скорости передачи данных в квантовых коммуникационных системах.

Более точное определение момента времени прибытия фотонов уже помогла ученым NIST в ряде экспериментов по квантовой телепортации и экспериментов, в которых использовалось явление квантовой запутанности. Благодаря высокому быстродействию датчика ученым удалось расшифровать большую часть переносимой фотонами квантовой информации и получить достоверные подтверждения тому, что прибывающие фотоны надежно запутаны с другими фотонами.

Для изготовления нового датчика ученые использовали электронный луч для вырезания нанопроводников из тонкой пленки силицида молибдена, нанесенной на поверхность основания из материала, способного выдерживать высокую температуру. Крошечный всплеск энергии, который возникает при ударении фотона о поверхность датчика, заставляет нанопроводники на короткое время потерять свое сверхпроводящее состояние и стать нормальными проводниками, имеющими электрическое сопротивление.

Измерение изменений сопротивления нанопроводников датчика производится очень быстро, что позволяет при помощи этого датчика "считать" десятки миллионы фотонов в секунду, производя при этом небольшое количество ложных измерений. Другие подобные датчики, созданные учеными из NIST, были неэффективны, но ученые достаточно долго экспериментировали с различными материалами, с различными геометрическими формами нанопроводников, и наконец добились высокого быстродействия при приемлемом количестве ложных измерений.

Материал, который используется для изготовления сверхпроводящих нанопроводников, является сплавом вольфрама и кремния, а первая попытка его использования была осуществлена в 2011 году. Несмотря на то, что этот материал обладает свойствами сверхпроводника только при криогенных температурах, нанопроводники из него могут пропускать через себя больший ток, нежели нанопроводники из других материалов. А использование большего тока для измерения изменений сопротивления проводников позволяет получить более высокую точность этих измерений и обеспечивает увеличение быстродействие датчика от 150 до 74 пикосекунды. Для увеличения эффективности работы этого датчика сетка нанопроводников помещена в оптическую резонансную впадину, окруженную зеркалами из золота и других химически малоактивных материалов.

В результате всех описанных выше мер, суммарная эффективность датчика увеличилась на 87 процентов в длинах волн света, обычно используемых в оптических коммуникациях. Эффективность датчика уже вплотную приблизилась к максимальной теоретической эффективности кремний-вольфрамовых датчиков, которая составляет 93 процента, при этом количество ложных срабатываний находится на приемлемом уровне. В скором времени ученые NIST собираются интегрировать в структуру датчика единичных фотонов элементы из других материалов, что позволит, по их мнению, определять такие квантовые характеристики регистрируемых фотонов, как их поляризация. Кроме этого, новые элементы позволят еще больше увеличить точность работы датчиков, снизив уровень ложных срабатываний.

И в заключении следует отметить, что к делу создания нового датчика единичных фотонов, кроме исследователей из NIST, приложили свои руки и знания исследователи из Лаборатории НАСА по изучению реактивного движения, Калифорнийского технологического института и Женевского университета, Швейцария.

Источник

Японская компания Ohara разработала керамическое стекло, более прочное, чем сапфировый монокристалл

Представители компании Ohara, одной из ведущих японских компаний, специализирующихся на производстве стекла оптического качества, объявили о начале производства нового керамического стекла Clear Glass Ceramics, которое обладает более высокой ударостойкостью, нежели самые лучшие сорта стекла, прошедшего специальную химическую обработку, и обладает более высокой прочностью, нежели стекло, изготовленное из монокристаллического сапфира. Обычно керамические стеклянные материалы состоят из достаточно больших керамических частиц, которые имеют низкий коэффициент прозрачности, и, поэтому, не годятся для их использования в оптике.

Специалисты компании Ohara преодолели вышеуказанную проблему при помощи использования наночастиц, размеры которых составляют порядка 6 нанометров. Благодаря этому новое керамическое стекло обладает достаточно высокими оптическими свойствами, что позволяет использовать его в астрономических инструментах, в космической технике и в бытовой технике, такой, как SLR-камеры.



Малые габариты керамических наночастиц являются причиной увеличения твердости нового стекла на 30 процентов по сравнению с обычными боросиликатными стеклами. Однако, ударостойкость нового стекла превышает ударопрочность обычного стекла минимум в 10 раз. Во время испытания на поверхность образцов, изготовленных из различных видов стекла оптического качества с высоты 1.27 метра бросали стальные шары разного веса и диаметра. Эти тесты экспериментально подтвердили расчетные показатели прочности нового стекла и позволили определить количественные показатели ударостойкость этого материала.



Образцы стекла, на которые падали металлические шары, были подвергнуты микроскопическому анализу, который показал, что новое керамическое стекло выдержало без образования малейших микротрещин падение стального шара, вес которого в 10 раз превышает вес шара, под ударом которого обычное стекло начинает трескаться. Такие показатели делают новое стекло идеальным вариантом для материала защитных покрытий экранов мобильных электронных устройств, для изготовления электрических и электронных компонентов, узлов автомобильной, авиационной, космической техники, и, естественно, медицинского оборудования.

Источник