• РЕГИСТРАЦИЯ

Десять главных прорывов в физике и химии

26 6838

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

    Израиль не удержался от поставки вооружений в Восточную Европу, теперь эшелоны российских Су-35 устремятся в Иран
    • pretty
    • Вчера 07:46
    • В топе

    Тель-Авив пошел на рискованный шаг против России и теперь в страхе ждет у своих границ появления Су-35. Иран подтвердил, что приобрел эти истребители у РФ, и нет повода усомниться, что Тегеран примени...

    В Люберцах семь мигрантов отмудохали местного. А из полиции они ... просто "сбежали"
    • Hook
    • Вчера 15:55
    • В топе

    Может кто-нибудь готов разъяснить, что означает эта фраза, но я ее реально не понимаю. Вернее, понимаю так, что в это просто поверить не могу. Вчера состоялся разговор Путина и Рахмона. По его ...

    Мытьё посуды в Сене, крысы в Париже и как нам наказать Францию

    1. Всё же мы сильно отстали от Европы. Река Сена в Париже настолько чистая, что уличные торговцы даже моют в ней посуду, прежде чем выкладывать на неё сосиски и прочую еду — необычайно вкусн...

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев

      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...
      588
      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...
      2082
      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...
      1620
      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...
      1501
      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...
      879
      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...
      426
      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...
      1399
      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...
      472
      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...
      381
      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 ...
      406
      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...
      1161
      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...
      475
      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...
      972
      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...
      1272
      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 ...
      2835
      Jivoy 19 ноября 2022 г. 15:22

      Закрытие границ – не наказание, а шанс для России

      Инициируемое Западом закрытие границ и научных контактов с Россией даёт шанс на возрождение образования и медицины. Об этом на пресс-конференции в Москве заявил политолог Сергей Серебренников, передает корреспондент «ПолитНавигатора». «Когда-то уважаемый президент Соединенных Штатов Америки сказал, что Россия, конечно, выиграла войну и ...
      840
      Jivoy 24 августа 2022 г. 10:43

      Оспу обезьян зафиксировали во всех 50 штатах США

      Соединенные Штаты пожинают плоды своей военно-биологической деятельности. На территории Нигерии, которая стала эпицентром новой вспышки оспы обезьян, функционируют шесть биолабораторий, подконтрольных Пентагону. И вот на сегодняшний день оспу обезьян зафиксировали во всех 50 штатах США. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, всего в США зараз...
      482
      Jivoy 28 июля 2022 г. 19:32

      В Роспотребнадзоре назвали условие для возвращения ограничений из-за коронавируса

      Роспотребнадзор: коронавирусные ограничения могут быть возвращены при ухудшении эпидемиологической обстановки Федеральной службе по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзоре) назвали условие для возвращения ограничений из-за COVID-19. В ведомстве допустили, что это действительно может произойти, передаёт Общественная ...
      771
      Jivoy 28 июля 2022 г. 12:29

      В Калифорнии смогли вылечить пациента одновременно от ВИЧ и рака крови поздней стадии

      Ученые Калифорнийского университета смогли вылечить четвертого пациента от ВИЧ и лейкемии, пишет Daily Mail. 66-летний мужчина с диагностированным с 1988 года ВИЧ стал старейшим человеком, вылечившимся от вируса иммунодефицита человека. Пациент прошел курс химиотерапии пониженной интенсивности. В 2019 году ему трансплантировали стволовые клетки крови, с этого м...
      495
      Jivoy 23 июля 2022 г. 17:43

      Как подготовиться к ядерной войне, чтобы выжить?

      Еще совсем недавно вероятность ядерной войны никто не воспринимал всерьез. Казалось, что все эти угрозы навсегда остались в 60-70-х годах прошлого столетия. Но, как мы видим, политики вновь вспомнили о ядерном оружии, а эксперты стали рассуждать, будет ли ядерная война в 2022 году. Разумеется, это вовсе не значит, что нас действительно ждет ядерный апокалипсис. Сценар...
      1632
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика