Ученые открыли новое состояние материи
Структура материи: (эпизод 4): модель Бора и гипотеза де Бройля – физик Виталий Бейлин | Научпоп
КАК ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ РАЗУМ ПРОНИКАЛ ВГЛУБЬ СТРУКТУРЫ ВЕЩЕСТВА — ЧАСТЬ 4
Что такое квантовый объект? В чём заключался основной смысл теории физика Луи де Бройля? Когда и кем был сформулирован математический аппарат квантовой механики? Виталий Бейлин, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической и вычислительной физики ЮФУ, научный сотрудник отдела теоретической физики НИИ Физики ЮФУ рассказывает, какая модель наиболее наглядно описывает состояние электронов в атоме, что представляла собой квантовая модель Бора и почему дуализм необходим для объяснения природы квантовых объектов.
Структура материи (эпизод 3): постулаты Бора | Лекции по физике – физик Виталий Бейлин
Продолжение истории о том, как человеческий разум проникал вглубь структуры вещества. Как была построена модель атома Нильса Бора? По какому принципу электрон выбирает допустимые орбиты в атоме? Что происходит при излучении или поглощении энергии атомом? Что призваны объяснить квантовые постулаты Бора? Виталий Бейлин, кандидат физико-математических наук, доцент кафедpы теоpетической и вычислительной физики Физического факультета ЮФУ, научный сотрудник отдела теоретической физики НИИ Физики ЮФУ рассказывает, действительно ли Бор угадал идею Луи де Бройля задолго до её высказывания, в какой момент невозможно «поймать» электрон и как теория атома Бора повлияла на развитие физики и на научное сообщество своего времени?
Теория относительности | Лекции по физике – физик Кирилл Половников | Научпоп
Сколько существует теорий относительности? Чем они отличаются и что описывают? Что такое теория инвариантности? Почему, согласно теории относительности, гравитации нет? Что представляет собой замедление времени и что такое парадокс близнецов? Об этом и многом другом — в лекции по физике от Кирилла Половникова, физика, кандидата физико-математических наук, стипендиата фонда «Династия».
Структура материи: (эпизод 2) время революций в физике – физик Виталий Бейлин | Научпоп
Физика второй половины 19 века как пример поиска истины в разных направлениях, разными методами и подходами. Макс Планк и Людвиг Больцман. Необъяснимые явления, связанные с фотоэффектом, спектральной кривой для равновесного теплового излучения. Катодные лучи, интересные детали о физике свечения в вакуумных трубках. Революционные открытия в физике рубежа 19 и 20 веков. Обнаружение электрона Джозефом Томпсоном в 1897 году. Планетарная идея атома. Приближение к формулированию основных идей атомной физики. Эксперимент 1909 года Эрнеста Резерфорда, Ханса Гейгера и Эрнеста Марсдена. Открытие ядра атома. Модель атома Резерфорда, нарушающая все законы ортодоксальной физики того времени. Объяснение Нильса Бора и идеи, заложившие основу будущей квантовой механики. Рассказывает Виталий Бейлин, кандидат физико-математических наук, доцент кафедpы теоpетической и вычислительной физики Физического факультета ЮФУ, научный сотрудник отдела теоретической физики НИИ Физики ЮФУ.
Модернизированный и усиленный Большой адронный коллайдер – снова в деле
Большой адронный коллайдер (БАК) - это ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов и изучения продуктов их соударений.
БАК - это находящийся 100 метрах под землей кольцевой туннель длиной 27 км. Он расположен между международным аэропортом Женевы (Швейцария) и близлежащими горами Юра. Большая часть его протяженности находится на французской стороне границы. Официальный запуск БАК состоялся 10 сентября 2008 года.
Довольно большое количество людей по всему миру думают, что проводимые на БАК научные изыскания, неминуемо приведут к катастрофе мирового масштаба. Еще на этапе строительства БАК, мировая общественность и журналисты начали устраивать вокруг проекта невероятную шумиху. Черная дыра, странная материя, магнитный монополь – это только три основных "порождения" БАК, каждое из которых приведёт к гибели Земли. В основном, вокруг этих трёх "гипотез", и строят свои теории по катастрофе мирового масштаба конспирологи и антагонисты БАК. Массированию в умах человечества этих "гипотез", немало способствует и естественные страхи людей ко всему неизведанному и непонятному.
На самом деле, БАК – это далеко не единственный построенный и успешно функционирующий в мире адронный коллайдер. Вы возможно удивитесь, но в этом году адронным коллайдерам исполнился уж 51 год. 27 января 1971 года два пучка протонов впервые столкнулись в адронном коллайдере. Ускоритель CERN Intersecting Storage Rings длинною 943 метра, являлся как раз предшественником БАК, и именно на нём Европейской организацией по ядерным исследованиям (ЦЕРН) были начаты исследования по открытию новых частиц.
В 1999 году в лаборатории Фраскати в Италии был запущен электрон–позитронный коллайдер DAPHNE. Релятивистский тяжелый коллайдер иона (RHIC) был запущен Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) в Аптон, Нью-Йорк, США. В 2006 году запущен электрон–позитронный коллайдер ВЕРС II в институте физики высоких энергий IHEP, Пекин, Китай.
Ещё в советские времена Институтом ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук (ИЯФ СО РАН) были запущены электрон–позитронные коллайдеры ВЭПП-4М и ВЭПП-2000. Оба этих коллайдера регулярно модернизируют и они успешно работают и по сей день (даже несмотря на пожар на ВЭПП-4М, который его практически уничтожил). Сверхпроводящий коллайдер протонов и тяжёлых ионов NICA, строящийся с 2013 года на базе Лаборатории физики высоких энергий им. В. И. Векслера и А. М. Балдина Объединённого института ядерных исследований, в городе Дубна Московской области ,Россия, официально запустят в этом году.
Обновлённый БАК
3 декабря 2018 года научные эксперименты на БАК были остановлены на два года, для производства на нём второго крупного обновления. Обновление ускорителя и установка в кольцо коллайдера массы новых детекторов частиц и других приборов, затянулись много дольше изначально планированного. Только в 13:16 (по МСК) 22 апреля 2022 года в кольце БАК вновь начали циркулировать два пучка протонов.
В опубликованным сегодня CERN (ЦЕРН) официальном заявлении, говорится следующее:
Крупнейший и самый мощный в мире ускоритель частиц возобновил работу после более чем трехлетнего перерыва, связанного с проведением работ по техническому обслуживанию, усилению и модернизации. Сегодня, 22 апреля, в 12:16 CEST два пучка протонов начали циркулировать в противоположных направлениях по 27-километровому кольцу Большого адронного коллайдера с энергией их инжекции в 450 миллиардов электронвольт (450 ГэВ).
“Эти пучки циркулировали с энергией инжекции и содержали относительно небольшое количество протонов. Столкновения высокой интенсивности и высокой энергии ожидаются через пару месяцев”, - сказала глава отдела пучков ЦЕРНА Родри Джонс.
“Узловые части и оборудование коллайдера подверглись серьезной модернизации во время второй длительной остановки ускорительного комплекса CERN. На самом БАК был проведён целый комплекс мероприятий по усилению и теперь он будет работать с еще более высокой энергией, а благодаря значительным усовершенствованиям инжекторного комплекса он будет предоставлять значительно больше данных по новым экспериментам”, - сказал директор CERN по ускорителям и технологиям Майк Ламонт.
Эксперты LHC будут работать круглосуточно, чтобы постепенно увеличивать нагрузку на БАК и безопасно увеличить энергию и интенсивность пучков, прежде чем начнутся эксперименты со столкновениями частиц при рекордной энергии в 13,6 триллиона электронвольт (13,6 ТэВ). В этом третьем запуске БАК, получившем название Run 3, эксперименты по столкновению частиц позволят собирать данные о столкновениях не только с рекордной энергией, но и в беспрецедентных количествах. Эксперименты по новым столкновениям частиц позволят международным группам физиков в ЦЕРН и по всему миру изучить бозон Хиггса в мельчайших деталях и подвергнуть стандартную модель физики элементарных частиц и ее различные расширения самым строгим испытаниям.
Стоит отметить, что с начала работы БАК 10 сентября 2008 года и до его остановки на вторую крупную модернизацию 3 декабря 2018 года, с помощью Большого адронного коллайдера было открыто более 50 новых частиц. От элементарной частицы прелестно-странный барион (это реальное название частицы) открытой в рамках совместных исследований инженеров МФТИ, МИФИ и ФАН, и до всем известного бозон Хиггса.
Ответ на пост «Школа»
Вообще, физика классная штука. Я в ней, мягко говоря, слабоват, но иногда интересно почитать что-то, особенно из квантовой физики. Попалась мне с месяц назад тема про "квантовый ластик с отложенным выбором". Разумеется, гуглил я его с приставкой "простыми словами". Походу прочтения этого "простого языка" я, само собой, ещё раз 10 гуглил всякие там "когерентности" и "интерференции"(вроде и понятные слова, но контекст решает). И, худо-бедно, общий смысл уловил. А потом под этим материалом начался какой-то лютый бугурт сторонников этой штуки и, соответственно, тех, кто против. Те уже базар не фильтровали, говорили совсем не "простыми словами". Началась какая-то жуткая физико-матершинная писанина, которую мой гуманитарный мозг очень плохо переваривал. Но, вот что характерно - меня так зацепила сама эта история с "обратной причинностью", что, даже нихрена в этом споре уже не понимая, я болел за сторонников этого самого "ластика". И меня дико раздражали персонажи, которые с ними спорили. В какой-то момент поймал себя на мысли, что просто хочу в это верить. Религии,мифы, приметы и суеверия не для меня. А вот физика заставила меня захотеть поверить в чудо))P.S. про саму суть этого "ластика" не пишу осознанно, из опасений, что всё перевру. Лучше сами читайте, кому интересно.
Крик определенности!
Илон Маск дело говорит!
Есть коробка с носками:
Все мы в Матрице
Наблюдателя убери
Таймлайн: квантовый компьютер
На Большом адронном коллайдере открыли новую форму материи
Коллаборация одного из экспериментов Большого адронного коллайдера, LHCb (CERN, ЦЕРН, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят и новосибирские физики, объявила об открытии новой частицы – экзотического тетракварка. Об этом сообщает Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера (ИЯФ, Новосибирск). Результаты также опубликованы на сайте ЦЕРН.
"Частица сильно выделяется среди собратьев и представляет собой новую форму материи. Это единственный известный науке дважды очарованный тетракварк, то есть, содержащий сразу два очарованных кварка, но не имеющий в своем составе очарованных антикварков", - говорится в сообщении.
Частица имеет положительный заряд (+1) и массу приблизительно 3,875 ГэВ (один гигаэлектронвольт – это 1 млрд электронвольт).
Отмечается, что частица является рекордсменом-долгожителем – время его жизни примерно в 10-500 раз больше частиц с похожей массой.
Тетракварк – это экзотическая элементарная частица, адрон, состоящий из двух кварков и двух антикварков. Экзотическими тетракварки называют, потому что изначально считалось, что адроны могут состоять или из пары кварк-антикварк (такой адрон называется мезоном), или из трех кварков (в этом случае адрон называется барионом; барионами являются, например, протон или нейтрон).
"Барионов и мезонов известно много, и они хорошо изучены. Однако более 50 лет назад было сделано предположение, что существуют адроны, состоящие из четырех и даже пяти кварков – тетракварки и пентакварки. На данный момент экспериментально уже обнаружено 4 пентакварка и около 20 тетракварков", - отмечается в сообщении.
LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment) - один из детекторов Большого адронного коллайдера, всего на LHC с начала работы коллайдера открыто 62 новые элементарные частицы.
В эксперименте LHCb участвуют пять человек из ИЯФ и Новосибирского госуниверситета.
Кварк – фундаментальная частица, не наблюдаемая в свободном состоянии, но входящая в состав сильно взаимодействующих частиц, таких как протоны и нейтроны. Кварки являются бесструктурными, точечными частицами. Очарованными называются кварки с положительным зарядом, равным двум третям элементарного электрического заряда и массой 1,25 ГэВ, они занимают третье место по массе среди кварков.
Экзамен по физике
Найдем ли мы когда-нибудь во Вселенной темную материю?
Вполне вероятно, что в ранней вселенной присутствовали другие формы материи, о которых мы пока не имеем представления. В таком случае наша вселенная, возможно, расширялась совсем не так, как мы себе представляли, считает автор, рассказывая о безуспешных попытках уловить темную материю.
Космология достигла впечатляющих успехов. Исследования, проведенные учеными за прошедшие десятилетия, позволили человечеству реконструировать в мельчайших подробностях историю становления нашей вселенной. Нам известно, — и сейчас мы увереннее можем это утверждать, — как именно вселенная развивалась на протяжении большей части своей истории и в силу каких причин. Теперь вселенная стала более понятной для нас, чем прежде.
И все-таки кое-что осталось за гранью понимания. Несмотря на все наши старания, мы так и не можем до сих пор объяснить некоторые явления во вселенной. И, возможно, самая известная из этих тайн — темная материя. Используя современные методы, ученые с высокой точностью определили количество всей материи во вселенной и, как оказалось, оно намного превосходит обычную материю, существующую в виде атомов. После обширной научной дискуссии, длившейся на протяжении нескольких десятилетий, ученые пришли к следующему выводу: бóльшая часть (т. е. около 84%) материи во вселенной состоит отнюдь не из атомов или каких-либо других известных видов материи, а из чего-то другого, причем оно не излучает, не отражает свет и не поглощает его. За неимением лучшего мы называем это загадочное нечто «темной материей». Однако назвать — не значит понять.
Десять лет назад многим специалистам в области космологии, включая меня, вдруг подумалось, что у нас, наконец, появилась неплохая гипотеза о сущности темной материи. Выдвинутые нами аргументы базировались на том, что темная материя образовалась в течение первых долей секунды после Большого взрыва. По нашим расчетам, общее количество частиц темной материи, образовавшихся в ранней Вселенной, которая затем пережила Большой взрыв, должно зависеть от степени взаимодействия этих частиц между собой и с обычными формами материи. Основываясь на проведенных нами расчетах, мы пришли к выводу, что это взаимодействие темной материи должно осуществляться посредством так называемого слабого ядерного взаимодействия или какой-то другой неизвестной еще силы, равномощной слабому взаимодействию. Мы назвали такие частицы Вимпами (от англ. WIMP «weakly interacting massive particles» — слабовзаимодействующие массивные частицы — прим. редакции ИноСМИ), и они стали лучшим кандидатом на роль частиц темной материи.
Если темная материя действительно состоит из Вимпов, то у нас должна быть возможность проводить эксперименты, которые могли бы непосредственно обнаруживать и измерять отдельные частицы темной материи. С этой целью небольшой коллектив физиков начал создавать сверхчувствительные детекторы для обнаружения темной материи; ученые стали размещать их в глубоких подземных лабораториях, укрыв их от космического излучения. В то время казалось, что шансы довольно велики, и данный подход приведет к открытию. Словом, в 2005 году я держал пари, что частицы темной материи будут обнаружены в течение десяти лет. И это пари я, увы, проиграл. С технической точки зрения эксперименты были выполнены превосходно. Но ожидаемых результатов ученые не получили. Но, оказалось, что и это еще полбеды. Выяснилось, что Большой адронный коллайдер, который начал свою работу как раз в те времена, не обнаружил никаких признаков темной материи. Из проведенных экспериментов мы узнали, что темная материя — вопрос гораздо более сложный, чем нам думалось.
Наша неспособность обнаружить частицы темной материи оказала ощутимое влияние на научное сообщество. Не исключаю, что мы находимся где-то в двух шагах от решения проблемы. Однако, большинство из тех, кто сегодня занимается темной материей, признает, что многие из наших любимых кандидатов на роль темной материи уже давно должны были быть обнаружены, но этого не случилось. Все это заставило ученых обратить внимание на новые, подчас противоречащие друг другу, гипотезы, что привело к появлению большого числа теоретических работ, связанных с темной материей и ее природой.
Согласно одной из популярных гипотез, появившихся недавно, темная материя может состоять не из одного, а из нескольких видов частиц, из которых сформирован так называемый «скрытый сектор». Далее, частицы скрытого сектора, могут взаимодействовать, в основном, только друг с другом, а с прочими известными формами материи — практически никогда. Именно этот факт объясняет, почему их так трудно обнаружить в экспериментах, проводимых в подземных условиях, или получить на Большом адронном коллайдере. Эти частицы, формирующие скрытый сектор, вполне могли появиться в ранней вселенной и вступать в очень сложные взаимодействия под действием сил, о которых мы не имеем представления. Физики, изучающие элементарные частицы, предлагают множество теорий, в которых взаимодействие между различными видами скрытой материи явилось условием непрерывного образования темной материи на стадии ранней вселенной. На самом деле физикам было несложно выдвигать подобные теории, объясняющие сущность скрытого сектора.
Другая гипотеза касается не столько темной материи как таковой, сколько пространства, которое она занимала в первые доли секунды после Большого взрыва. При использовании уравнений общей теории относительности для расчета скорости расширения пространства мы учитываем все известные формы материи и энергии, включая все виды частиц, которые мы наблюдали на Большом адронном коллайдере. Но вполне вероятно, что в ранней вселенной присутствовали другие формы материи, о которых мы пока не имеем представления. В таком случае наша вселенная, возможно, расширялась совсем не так, как мы себе представляли. И если ранняя вселенная расширялась с иной скоростью, нежели предполагали ученые (т.е. если она расширялась быстрее или медленнее), то и взаимодействие частиц темной материи на протяжении этой эпохи было иным и, следовательно, другим было количество оставшегося вещества, которое называют темной материей.
Для описания процесса расширения и развития вселенной, который происходил в течение первой секунды после Большого взрыва, мы можем выдвигать множество разных гипотез. Вполне возможно, что скорость расширения увеличилась благодаря воздействию каких-то неизвестных форм материи и энергии. А может быть, на скорость расширения повлияли какие-то еще более неожиданные факторы, проявившиеся в самые первые мгновения после взрыва. Быть может, в самом начале, в течение своей первой секунды, вселенная внезапно расширилась на какой-то миг, или в какой-то момент пережила резкий фазовый переход. А может, все было по-другому: возможно, существует какая-то разновидность частиц, которые при распаде нагревали вселенную, тем самым изменив ее эволюцию. Гипотезы здесь можно выдвигать самые разные. И все они могли бы пролить свет на процесс формирования темной материи и на первые мгновения жизни нашей вселенной. Если бы ученые узнали, что именно произошло тогда, то наши представления о сущности темной материи почти наверняка изменились бы, и нам сразу стало бы ясно, какие эксперименты следует провести, чтобы ее обнаружить. Быть может, в этом случае нам удастся ответить на вопрос, почему темная материя так долго остается неуловимой.
Замечательные результаты, полученные при проведении экспериментов на подземных детекторах, предназначенных для улавливания темной материи, и на Большом адронном коллайдере, заставили космологию пересмотреть свои постулаты. Судя по всему, темная материя сильно отличается от самых распространенных представлений о ней. Неуловимость темной материи заставила нас отказаться от множества столь дорогих нашему сердцу теорий и перейти к выдвижению принципиально новых гипотез относительно этой субстанции и условий, в которых она сформировалась в первые мгновения после Большого взрыва.
Стремясь постичь природу темной материи, мы надеемся не только обнаружить частицы этой субстанции, из которой состоит бóльшая часть материи во вселенной, но и узнать о самых первых мгновениях истории вселенной. В этом смысле темная материя позволяет нам подступиться к описанию Большого взрыва. Я не сомневаюсь, что самые первые мгновения этого грандиозного события содержат ключ к неразгаданному и неведомому. Однако вселенная строго охраняет свои тайны. Сможем ли мы эти тайны постичь, — все это будет зависеть от нас.
Дэн Хупер — старший научный сотрудник Национальной лаборатории ускорителей им. Энрико Ферми и профессор астрономии и астрофизики Чикагского университета. Он автор книги «На краю времени: исследуя тайны первых секунд нашей Вселенной» (At the Edge of Time: Exploring the Mysteries of Our Universe's First Seconds).