• РЕГИСТРАЦИЯ

Десять главных прорывов в физике и химии

26 6882

Завершился очень неоднозначный 2016 год, и самое время подвести его научные итоги в области физики и химии. Ежегодно в рецензируемых журналах по всему миру публикуется несколько миллионов статей по этим отраслям знания. И лишь несколько сотен из них оказываются действительно выдающимися работами. Научные редакторы Лайфа отобрали 10 самых интересных и важных открытий и событий минувшего года, о которых необходимо знать каждому.

1. Новые элементы в таблице Менделеева

Самым приятным событием для российских любителей науки стало появление в таблице Менделеева четырёх новых элементов — нихония, московия, теннессина и оганесона. К открытию трёх последних причастны физики-ядерщики из Дубны — Лаборатория ядерных реакций ОИЯИ под руководством Юрия Оганесяна. Пока об элементах известно очень мало, а их время жизни измеряется секундами или даже миллисекундами. Помимо российских физиков в открытии участвовала Ливерморская национальная лаборатория (Калифорния) и Национальная лаборатория Оак-Ридж в Теннесси. Приоритет в открытии нихония был признан за японскими физиками из института RIKEN. Официальное включение элементов состоялось совсем недавно — 30 ноября 2016 года.

2. Хокинг решил парадокс потери информации в чёрной дыре

В июне в журнале Physical Review Letters вышла публикация одного из, вероятно, самых популярных физиков современности — Стивена Хокинга. Учёный заявил о том, что наконец решил 40-летнюю загадку парадокса потери информации в чёрной дыре. Кратко его можно описать так: из-за того что чёрные дыры испаряются (испуская излучение Хокинга), мы даже теоретически не можем отследить судьбу каждой отдельной частицы, упавшей в неё. Это нарушает фундаментальные принципы квантовой физики. Хокинг вместе с соавторами предположили, что информация обо всех частицах хранится на горизонте событий чёрной дыры, и даже описал, в каком именно виде. Работа теоретика получила романтичное название "мягкие волосы у чёрных дыр".

Фото: © NASA/CXC/M.Weiss

3. Излучение чёрных дыр увидели на модельной "глухой" дыре

В этом же году Хокинг получил ещё один повод для торжества: экспериментатор-одиночка из Израильского технологического института, Джефф Штейнхауэр обнаружил следы неуловимого излучения Хокинга в аналоговой чёрной дыре. Проблемы с наблюдением этого излучения в обычных чёрных дырах связаны с его низкой интенсивностью и температурой. Для дыры массой с Солнце следы излучения Хокинга будут полностью теряться на фоне реликтового излучения, заполняющего Вселенную.

Штейнхауэр построил модель чёрной дыры с помощью бозе-конденсата холодных атомов. Он содержал в себе две области, одна из которых двигалась с небольшой скоростью — символизируя падение материи на чёрную дыру, — а другая со сверхзвуковой скоростью. Граница между областями играла роль горизонта событий чёрной дыры — никакие колебания атомов (фононы) не могли пересекать её в направлении от быстрых атомов к медленным. Оказалось, что из-за квантовых флуктуаций на границе всё равно рождались волны колебаний, которые распространялись в сторону дозвукового конденсата. Эти волны являются полным аналогом излучения, предсказанного Хокингом.

4. Надежда и разочарование физики элементарных частиц

2016 год выдался очень удачным для физиков Большого адронного коллайдера: учёные перевыполнили план по количеству протон-протонных столкновений и получили огромный массив данных, на полную обработку которого уйдёт ещё несколько лет. Самые большие ожидания теоретиков были связаны с наметившимся ещё в 2015 году пиком двухфотонных распадов при 750 гигаэлектронвольтах. Он указывал на неизвестную сверхмассивную частицу, которую не предсказывала ни одна теория. Теоретики успели подготовить около 500 статей, посвящённых новой физике и новым законам нашего мира. Но в августе экспериментаторы рассказали, что никакого открытия не будет: пик, привлёкший внимание нескольких тысяч физиков со всего мира, оказался простой статистической флуктуацией.

Кстати, в этом году об открытии новой необычной частицы заявили эксперты из другого эксперимента в мире элементарных частиц — коллаборации D0 Тэватрона. До открытия БАКа этот ускоритель был крупнейшим в мире. Физики обнаружили в архивных данных протон-антипротонных столкновений рождение необычной частицы, носящей в себе сразу четыре разных квантовых аромата. Эта частица состоит из четырёх кварков — мельчайших кирпичиков материи. В отличие от других открытых тетракварков в ней были одновременно "верхний", "нижний", "странный" и "прелестный" кварки. Правда, подтвердить находку на БАКе не удалось. Ряд физиков высказался по этому поводу довольно скептично, указав, что специалисты Тэватрона могли принять за частицу случайную флуктуацию.

5. Фундаментальная симметрия и антиматерия

Фото: © Thomas Mc Cauley/CERN

Важным результатом для ЦЕРН стало первое измерение оптического спектра антиводорода. Почти двадцать лет физики шли к тому, чтобы научиться получать антиматерию в больших количествах и работать с ней. Главная сложность здесь в том, что антиматерия способна очень быстро аннигилировать при контакте с обычным веществом, поэтому крайне важно не только создать античастицы, но и научиться их хранить.

Антиводород — это простейший антиатом, который способны получать физики. Он состоит из позитрона (антиэлектрона) и антипротона — электрические заряды этих частиц противоположны зарядам электрона и протона. У общепринятых физических теорий есть важное свойство: их законы симметричны при одновременном зеркальном отражении, обращении времени и замене зарядов частиц (CPT-инвариантность). Следствие этого свойства — почти полное совпадение свойств у материи и антиматерии. Однако некоторые теории "новой физики" нарушают это свойство. Эксперимент по измерению спектра антиводорода позволил с большой точностью сравнить его характеристики с обычным водородом. Пока, на уровне точности в миллиардные доли, спектры совпадают.

6. Самый маленький транзистор

Есть среди важных результатов этого года и практически применимые, хотя бы и в отдалённом будущем. Физики из Национальной лаборатории в Беркли создали самый маленький в мире транзистор — размер его затвора составляет всего один нанометр. Обычные кремниевые транзисторы при таких размерах не способны работать, квантовые эффекты (туннелирование) превращают их в обычные проводники, не способные перекрывать электрический ток. Ключом к победе над квантовыми эффектами оказался компонент автомобильной смазки — дисульфид молибдена. 

7. Новое состояние вещества — спиновая жидкость

Фото: © Nagler S.E. et als. / Nature Materials

Другой потенциально применимый результат — открытие в 2016 году нового примера квантовой жидкости, хлорида рутения. Это вещество обладает необычными магнитными свойствами. Некоторые атомы ведут себя в кристаллах как маленькие магнитики, пытающиеся выстроиться в какую-нибудь упорядоченную структуру. Например, оказаться полностью сонаправленными. При температурах вблизи абсолютного нуля почти все магнитные вещества становятся упорядоченными, кроме одного — спиновых жидкостей.

У такого необычного поведения есть одно полезное свойство. Физики построили модель поведения спиновых жидкостей и выяснили, что в них могут существовать специальные состояния "расщеплённых" электронов. На самом деле электрон, конечно, не расщепляется — он по-прежнему остаётся единой частицей. Такие состояния-квазичастицы могут стать основой для квантовых компьютеров, абсолютно защищённых от внешних воздействий, разрушающих их квантовое состояние.

8. Рекордная плотность записи информации

Физики из Университета Делфта (Голландия) отчитались в этом году о создании элементов памяти, в которых информация записывается в отдельных атомах. На квадратном сантиметре такого элемента можно записать около 10 терабайт информации. Единственный минус — небольшая скорость работы. Для перезаписи информации используется манипулирование одиночными атомами — для записи нового бита специальный микроскоп поднимает и поодиночке переносит частицу на новое место. Пока объём памяти тестового образца составляет всего один килобайт, а полная перезапись требует несколько минут. Зато технология вплотную приблизилась к теоретическому пределу плотности записи информации.

9. Пополнение в семействе графенов

Химики из Мадридского автономного университета в 2016 году создали новый двумерный материал, расширяющий количество собратьев графена. На тот раз в основу плоского одноатомного листа легла сурьма — элемент, широко применяющийся в полупроводниковой промышленности. В отличие от остальных двумерных материалов графен из сурьмы — антимонен — чрезвычайно стабилен. Он даже способен выдержать погружение в воду. Теперь двумерные формы есть у углерода, кремния, германия, олова, бора, фосфора и сурьмы. Учитывая, какими необычными свойствами обладает графен, остаётся только ждать более подробных исследований его собратьев.

Фото: © AFP/EAST NEWS

10. Главная научная премия года

Особняком выделим в списке Нобелевские премии по химии и физике, которые были вручены 10 декабря 2016 года. Соответствующие им открытия были сделаны ещё во второй половине XX века, но сама премия — важное ежегодное событие научного мира. Премию по химии (золотую медаль и 58 миллионов рублей) получили Жан-Пьер Соваж, сэр Фрейзер Стоддарт и Бернард Феринга "за проектирование и синтез молекулярных машин". Это невидимые человеческому глазу и даже самому мощному оптическому микроскопу механизмы, способные выполнять простейшие действия: вращаться или двигаться на манер поршня. Несколько миллиардов таких роторов вполне способны заставить вращаться стеклянную бусину в воде. В будущем такие конструкции вполне можно использовать в молекулярной хирургии. 

Восстание невидимых машин: за что дали Нобелевскую премию по химии в 2016 году?

"Физическую" премию получили британские учёные Дэвид Таулес, Дункан Халдан и Джон Майкл Костерлиц за, как указал нобелевский комитет, "теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи". Эти переходы помогли объяснить очень странные, с точки зрения экспериментаторов, наблюдения: например, если взять тонкий слой вещества и измерять его электрическое сопротивление в магнитном поле, то окажется, что в ответ на равномерное изменение поля проводимость меняется ступенчато. О том, как это связано с бубликами и кексами, можно прочитать в нашем материале:

Сдвиг по фазе: за что дали Нобелевскую премию по физике в 2016 году?

***

Ну а о том, чего ждать от 2017 года, остаётся только гадать. По меньшей мере стоит надеяться на новые шаги в создании квантовых компьютеров: в 2016 году было сделано много маленьких шагов на пути к их реализации. Очень хочется надеяться, что в ближайшие годы мы нащупаем намёки на Новую физику — пока Стандартная модель и теория относительности и не думают сдавать позиции.

Антон Соколов

Искусственный интеллект - самый живой среди живых

    Это больно, но мы выдержим и это

    «Прочитал твой пост "Сила в правде (https://t.me/L0HMATIY/24547)". Правильно всё написал. И видео отличное, сильное.Не в противопоставление, а в дополнение:Мы тоже те, кто не уехал. По ...

    Кузькина мать выходит на мировую арену

    У журналистов есть противная привычка привязываться к разного рода датам. В конце года они обычно просят подвести итоги и дать прогноз на следующий год. Это при том, что итоги уже и так...

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев

      Jivoy 9 ноября 18:59

      Сценарий покруче, чем в голливудском кино: ученые предупредили, что Америка может уйти под воду

      Сейсмологи обнаружили тревожные признаки в разломе при помощи высокоточного картографирования под водой. По мнению ученых, США могут грозить 30-метровое цунами и 9-балльное землетрясение, об этом пишет газета Daily Mail. Исследование Каскадной зоны субдукции выявило четыре отдельных сегмента вдоль разлома протяженностью 970 километров, охватывающего территорию ...
      1757
      Jivoy 19 июня 10:32

      Канзас подает в суд на Pfizer за "обман" общественности относительно вакцины против Covid

      Канзас подает в суд на Pfizer за "обман" общественности относительно "серьезных побочных эффектов" вакцины против Covid Генеральный прокурор штата Канзас Крис Кобач объявил в понедельник, что штат подает в суд на гигантскую фармацевтическую компанию Pfizer за "обман" жителей Канзаса относительно безопасности и эффективности своей м...
      403
      Jivoy 12 июня 16:13

      Большеухая лисица

      Сегодня мы с вами поговорим про большеухую лисицу и это как не удивительно будет не знаменитый  ФЕНЕК. В мире существует двадцать три различных вида лисиц, но большеухая лисица (лат. Otocyon megalotis) настолько уникальна, что образует свой собственный род Otocyon в единственном числе. Этот житель африканского континента более всего примечат...
      821
      Jivoy 8 мая 20:22

      «Избыточная смертность, покалеченные жизни, эпидемия раковых заболеваний». AstraZeneca отзывает свои вакцины от коронавируса

      Издание The Telegraph сообщило, что британо-шведская фармацевтическая компания AstraZeneca начала отзывать разрешения на продажу своей вакцины от коронавируса. Реклама Заявление об отзыве препарата на территории Европейского союза компания подала 5 марта, 7 мая оно вступило в силу. Аналогичные документы AstraZeneca подаст в другие страны и Великобританию в б...
      588
      Jivoy 6 мая 10:14

      Обман века! Кто начал разработку вакцин от COVID-19 за полгода до его начала?

      Появились новые подробности о возникновении COVID-19. Группа учёных и исследователей в США затеяла судебное противостояние с фармацевтическими гигантами, поскольку уверены теперь, что у коронавируса было искусственное происхождение. И что ответственные органы, которые признали их вакцины безопасными, сделали это за деньги или из-за политики. В ходе судебного пр...
      655
      Jivoy 7 декабря 2023 г. 10:02

      Российские ученые нашли способ ускорить реакции человека

      Этот метод может быть использован для повышения концентрации внимания пилотов, сказал исследователь. Российские ученые создали метод ускорения реакций человека путем стимуляции областей мозга, где генерируются и воспринимаются изображения. Среди преимуществ метода можно отметить то, что он может помочь людям оправиться от травм головного мозга и улучшить концен...
      786
      Jivoy 19 ноября 2023 г. 11:52

      Единственный доказанный факт применения климатического оружия

      Человечество постоянно ищет способ придумать какое-нибудь совершенное и самое разрушительное оружие. «Претендентов» на звание нового особого мощного оружия массового уничтожения несколько. Часть из них относится к так называемому геофизическому оружию. Эта категория пока несуществующих видов вооружения должна использовать некие технологии влияния на ок...
      2241
      Jivoy 17 сентября 2023 г. 10:57

      Что будет, если человеку перельют кровь не той группы?

      Вроде бы все понимают, что при переливании крови есть определенные правила от которых нельзя отступать. А что собственно будет, если отступить? В плазме крови есть белки, которые называются антитела. Они выделяются как ответ иммунной системы на попадание в кровь различных вирусов, бактерий и прочих «захватчиков». В крови также есть антигены (не п...
      1783
      Jivoy 5 сентября 2023 г. 14:12

      Громкий старт новой волны пандемии коронавируса

      У Джилл Байден положительный результат на COVID, у президента Байдена тест отрицательный - Белый дом  Первая леди США Джилл Байден получила положительный результат на COVID-​19 всего за несколько дней до того, как президент Джо Байден, у которого тест на вирус оказался отрицательным, должен отправиться на саммит Большой двадцатки в Индии, Белый дом сказал в по...
      1652
      Jivoy 12 августа 2023 г. 15:17

      В мире увеличивается количество больных новым коронавирусом

      Американское издание The New York Post пишет, что случаи заболевания коронавирусом в Нью-Йорке увеличились на 55 процентов, рост отмечается также и в других штатах. «Последние данные Департамента здравоохранения штата Нью-Йорк, опубликованные 2 августа, показывают, что число случаев COVID выросло на 55 процентов по сравнению с предыдущей неделей, при этом...
      1020
      Jivoy 9 августа 2023 г. 17:08

      В Нью-Йорке число случаев COVID выросло на 55%

      «В Нью-Йорке число случаев COVID выросло на 55%, врачи предупреждают о новых вариантах»: Коронавирус никуда не делся - он просто затаился, и медики ждут появления нового смертоносного варианта. «Рост числа случаев COVID-19 не ограничивается Нью-Йорком. Центр по контролю и профилактике заболеваний США зарегистрировал 8000 случаев госпитализации...
      613
      Jivoy 16 июля 2023 г. 14:11

      Начнутся испытания первого в мире препарата для восстановления зубов на людях

      Японские исследователи начнут испытания первого в мире препарата для восстановления зубов на людях в июле 2024 года ОСАКА — Японская исследовательская группа добилась успехов в разработке принципиально нового препарата, который позволит людям выращивать новые зубы. Клинические испытания на людях начнутся в июле 2024 года с целью обеспечения возможности...
      1606
      Jivoy 28 июня 2023 г. 15:23

      В Москве заработала третья нейросеть для медицинской диагностики

      В Москве заработал третий по счету диагностический инструмент на основе искусственного интеллекта, сообщил мэр Сергей Собянин. Подобными службами пользуются 1500 рентгенологов из 150 столичных учреждений; постепенно к ним присоединяются и коллеги из других регионов России. Нейросеть анализирует отклонения на снимках, полученных путем компьютерной томографии, по...
      642
      Jivoy 8 июня 2023 г. 15:18

      В Москве еще 7 заболеваний будут выявлять с помощью новой нейросети

      В Москве заработал новый комплекс искусственного интеллекта, который выявляет до 7 заболеваний на снимках, полученных путем томографии. Заместитель мэра по вопросам социального развития Анастасия Ракова рассказала, что система может обнаружить COVID-19, остеопороз позвоночника, аневризму аорты, легочную гипертензию, рак легких, ишемическую болезнь сердца и гидрото...
      481
      Jivoy 6 мая 2023 г. 10:17

      ВОЗ отменила статус пандемии для COVID-19

      Всемирная организация здравоохранения отменила статус глобальной пандемии COVID-19, заявил глава ВОЗ Тедрос Адханом Гебрейесус. «Комитет экспертов ВОЗ по чрезвычайным ситуациям по COVID-19 предложил мне отменить статус чрезвычайной ситуации в области общественного здравоохранения, имеющую международное значение (PHEIC) COVID-19. Я последовал этому совету ...
      526
      Jivoy 27 апреля 2023 г. 12:27

      Что говорит наука о вирусах

      Миллиарды лет назад органические молекулы научились реплицировать в первичном бульоне себе подобных. Так возникли первые формы жизни. Потом продвинутые молекулы создали клеточную оболочку и смогли таскать бульон с собой. Но неклеточные формы жизни никуда не исчезли. Их генетическое разнообразие до сих пор гораздо выше, чем у всех растений, животных и микроорганизм...
      1311
      Jivoy 18 апреля 2023 г. 15:07

      В московском медкомплексе испытывают отечественный аэрогель для заживления ран

      В московском медицинском комплексе "Коммунарка", расположенном в одноименном поселке, началось тестирование отечественного аэрогеля для заживления ран. Ожидается, что препарат станет надежной заменой иностранным аналогам. Глава департамента инвестиционной и промышленной политики Владислав Овчинский рассказал, что сегодня в городе работают 95 предприят...
      661
      Jivoy 15 апреля 2023 г. 20:56

      Австралийцы начинают широкую общественную кампанию по выходу из ВОЗ

      Австралийцы начинают широкую общественную кампанию по выходу из ВОЗ (Всемирной Организации Здравоохранения ООН), поскольку внесение поправок о том, что ВОЗ им. Билла Гейтса (одного из крупнейших донаторов организации) и Big Pharma должна стать мировым ЗАКОНОДАТЕЛЬНЫМ органом в области здравоохранения, а не консультативным (как сейчас), переходит все границы дозвол...
      1119
      Jivoy 20 января 2023 г. 14:19

      Достижения науки. Ученый из России совершил фундаментальное открытие в области генетики

      Руководитель направления «Нанобиомедицина» университета «Сириус», заведующий лабораторией МФТИ Максим Никитин открыл механизм «молекулярной коммутации» ДНК, который меняет представления в биологии. Результаты исследования опубликованы в одном из самых авторитетных научных журналов Nature Chemistry. От...
      1436
      Jivoy 20 ноября 2022 г. 11:30

      Почему в Индии взрослые мужчины держатся за руки

      В Индии, среди представителей сильной половины человечества, есть очень странная традиция – ходить, взявшись за руки. Что это? В Индии есть много странных вещей, которые могут смутить неопытного путешественника. Некоторые традиции индусов и вовсе могут показаться дикими. И знаете, почитание «говядины» — это самое безобидное, что есть ...
      3020
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика