Новости науки. Физики из Принстона провели первое в мире прямое наблюдение вигнеровского кристалла.

Почти сто лет назад великая голова Юджин Вигнер предсказал, что при определенных условиях возможно формирование кристалла (упорядоченной в пространстве структуры) из одних электронов. В материале, естественно. Для этого нужно, чтобы плотность электроного газа была не очень высокой — чтобы у них было пространство, где разместиться — и очень низкая температура. На практике все это осложнено тем, что такая структура должна быть очень нестабильной и легко разрушаемой различными флуктуациями.

С момента предсказания Вигнера многие физики пытаются эти кристаллы получить и некоторые даже заявляют, что им это удалось. Однако все экспериментальные данные, представленные до сегодняшнего дня, ограничивались косвенными наблюдениями, которые также могли быть вызваны иными явлениями. Хотя весьма вероятно, что и реальные вигнеровские кристаллы там тоже были.

Свежее открытие заключается в том, что вигнеровский кристалл впервые удалось пронаблюдать напрямую. Для этого физики изготовили сверхчистый лист двумерного углерода — графена. Чистота материала нужна, потому что малейшие дефекты структуры тоже вносят дисбаланс в потенциальную вигнеровскую решетку. Затем материал был охлажден до сверхнизкой температуры в 210 мК (чтобы свести к минимуму любые шумы и флуктуации) и электронная плотность постепенно понижалась, пока в один момент электроны замечательным образом не упорядочились в стабильную треугольную решетку с периодом около 30 нм. Там еще магнитное поле нужно, но не суть. Наблюдалось это дело с помощью сканирующего туннельного микроскопа — устройства, способного напрямую визуализировать плотность электронных состояний у поверхности материала.

Играясь с электронной плотностью, ученым также удалось варьировать параметры кристалла в довольно широком диапазоне.

В общем, поздравляем старика Вигнера, он был прав. Ну и принстонцев тоже, само собой. Как и вообще всех ребят!

Зачем все это нужно? Да затем, что это просто офигенно!

Статья опубликована в Nature 10 апреля 2024 года. Бесплатный текст имеется в arXiv — тыц.

Что думаете?

#news

​​Цитата. "Если квантовая механика универсальна, то можно попытаться применить ее ко Вселенной, чтобы найти ее волновую функцию. Это позволило бы нам выяснить, какие события вероятны, а какие нет. Однако это часто приводит к парадоксам. Например, суть уравнения Уилера-ДеВитта, которое представляет собой уравнение Шредингера для волновой функции Вселенной, состоит в том, что эта волновая функция не зависит от времени, поскольку полный гамильтониан Вселенной, включая гамильтониан гравитационного поля, равен нулю. Этот результат был получен в 1967 году Брайсом ДеВиттом. Поэтому, если бы кто-то захотел описать эволюцию Вселенной с помощью ее волновой функции, у него возникла бы проблема: Вселенная как целое не изменяется во времени.

Разрешение этого парадокса, предложенное Брайсом ДеВиттом, весьма поучительно. Понятие эволюции неприменимо ко Вселенной в целом, поскольку по отношению ко Вселенной не существует внешнего наблюдателя и нет внешних часов, которые не принадлежали бы Вселенной. Однако на самом деле мы не спрашиваем, почему Вселенная в целом развивается. Мы просто пытаемся понять наши собственные экспериментальные данные. Таким образом, более точно формулируется вопрос: почему мы видим, что Вселенная развивается во времени определенным образом? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно сначала разделить Вселенную на две основные части: 1) наблюдатель с его часами и другими измерительными приборами и 2) остальная Вселенная. Тогда можно показать, что волновая функция остальной Вселенной действительно зависит от состояния часов наблюдателя, то есть от его «времени». Эта временная зависимость в некотором смысле «объективна»: результаты, полученные разными (макроскопическими) наблюдателями, живущими в одном и том же квантовом состоянии Вселенной и использующими достаточно хорошую (макроскопическую) измерительную аппаратуру, согласуются друг с другом.

Таким образом мы видим, что без введения наблюдателя мы получаем мёртвую Вселенную, которая не развивается во времени" (с) Андрей Линде — тыц.

Фото: Получатели Медали Дирака, 2002 г. (Линде справа).

Что думаете?

#цитата

Изображение. С помощью лидаров ученые научились просвечивать буйные амазонские заросли и находить скрытые под ними останки древних поселений — фундаменты зданий, площади, дороги и каналы. Так, в джунглях восточного Эквадора с помощью лидарной аэросъемки обнаружили 2500-летние останки нескльких связанных городов, в которых, по прикидкам археологов, могли проживать десятки или даже сотни тысяч человек. Исследование всего этого дела при непосредственном контакте до сих пор крайне затруднительно, поэтому о том, что представляло собой это общество, мы почти ничего не знаем.

Что думаете?

#scimage

История науки. Френсис Крик и Джеймс Уотсон позируют на фоне первой модели молекулы ДНК, структуру которой они разгадали, 1953 г. История познания этого краеугольного элемента живой природы сложная и драматичная. Например, можно поинтересоваться, какую роль в ней сыграли Франклин и Гослинг (Раймунд, не Райан), о чем я писал когда-то в седые времена вот тут — тыц. А вы чьей стороны придерживаетесь в этой истории?

Что думаете?

#scihistory

Новости науки. Мужики из немецкого Марбурга обнаружили первую фрактальную молекулу.

Фрактальные структуры встречаются в природе повсеместно. Сложно даже сказать, где их нет, но одной из таких областей доселе была молекулярная химия — молекулы поразительным образом не любят собираться в фракталы.

Ну, или не любили. В новом исследовании химики из Института земной биологии имени Макса Планка обнаружили молекулу энзима, вырабатываемую цианобактерией Synechococcus elongatus, которая умеет достаточно легко собираться в треугольник Серпинского.

С помощью электронной микроскопии ученые даже выяснили причину таких свойств. Дело в том, что молекулы обычно обладают довольно высокой симметрией, предусматривающей образование лишь высокоупорядоченных структур. Новый же объект слегка нарушает это правило — его структура зависит от положения молекулы-прекурсора в макромолекуле. Эти небольшие регулярные вариации и позволяют ей образовывать фрактал.

Интересно, что чтобы добиться таких свойств бактерии особо и стараться-то не пришлось, но других фрактальных молекул, тем не менее, до сих пор найдено не было. Ученые теперь задаются вопросом, нужны ли бактерии зачем-то эти фракталы или это просто совпадение. Пока кажется, что последнее. Ну и интересно будет посмотреть на зарождение новой области науки — фрактальной химии. Хотя бы потому что это красиво!

Работа опубликована в Nature 10 апреля 2024 года.

Что думаете?

#news

APOD. Земля и Луна с борта корабля Orion миссии Artemis 1, 28 ноября 2022 года, на 13 день полета. Расстояние до Земли — 430 000 км, до Луны — 70 000 км. Кажется, что Земля и Луна примерно одно размера, а Луна так и вообще больше, но это иллюзия!

Испытательная миссия Artemis 1 проводилась в рамках подготовки к будущим пилотируемым полетам (возможно уже в следующем году). Аппарат совершил два пролета вокруг Луны по траектории транслунной инъекции, после чего успешно приводнился в океаническую жижу.

Что думаете?

#apod

Цитата. "Философия записана в той великой книге, которая всегда лежит перед нашим взором — я имею в виду Вселенную — но её нельзя понять, не освоив сначала её язык, и не изучив символы, которыми она написана. А написана она на языке математики, и её символы — это треугольники, круги и другие геометрические фигуры, без коих невозможно понять ни единого ее слова, без коих можно лишь тщетно скитаться в темном лабиринте" (с) Галилео Галилей.

Что думаете?

#цитата

Изображение. Бесстрашный мужик залез в камеру токамака DIII-d и умело починяет ее. Не убоялся силы солнца! Заодно можно оценить довольно внушительный размер реакторной камеры.

Исследовательский токамак DIII-d был построен в Сан-Диего, США, в 1980 году компанией General Atomics. На устройстве с большим радиусом камеры в 1.67 м было совершено несколько ранних прорывов в изучении физики термоядерного синтеза.

Что думаете?

#scimage

Новости науки. Буквально со дня на день (до сентября сего года) ученые прогнозируют очень редкое и моднейшее событие, например, а именно — вспышку новой звезды T CrB всего в 3000 световых лет от нас в созвездии Северной Короны. Подобные события в такой близости, что их можно наблюдать даже без специального оборудования, происходят лишь раз в 80 лет. Так что не пропустите!

Напомню, что вспышка новой происходит, когда белый карлик аккумулирует на себя водород своей звезды-компаньона (в данном случае это красный гигант), который эпично взрывается термоядерным пламенем при достижении некоторой критической массы. Затем таймер сбрасывается, а процесс аккумуляции начинается заново. Такая система также называется повторной новой.

Во время вспышки звездная величина системы повысится с +10 до +2, что на несколько дней сделает ее видимой невооруженным взглядом. На данный момент в нашей галактике обнаружено всего пять повторных новых такого типа.

Что думаете?

#news

История науки. Эпичнейшее в своей монументальности, легендарное фото русского этнографа Юрия Кнорозова, прославившегося расшифровкой письменности майя. В различных публикациях Кнорозов всегда использовал именно эту фотографию со своей кошечкой Асей и всегда очень злился, когда редакторы ее вырезали. Ася также неизменно подавалась в качестве соавтора Кнорозова (что не удивительно, ведь традиция котиков-соавторов весьма уважаема в научном сообществе), но злобные редакторы почему-то всегда ее удаляли (ну, этнографы, что с них взять... физики вот не удалили бы). В знак уважения к деятельности Кнорозова, фотография даже увековечена в граните в мексиканской Мериде.

Что думаете?

#scihistory

APOD. Вид на Океан Бурь, крупнейшее из лунных морей (когда-то — в самом деле морей, образованных лавой), с борта беспилотного корабля Orion 5 декабря 2022 года. Терминатор — линия тени, отделяющая лунную ночь от лунного дня, виднеется сверху. Справа можно лицезреть 41-километровый кратер Мариус (с дополнительной пупыркой в центре, и еще одна пупырка, побольше, скрывается в тени). В нижней части, под солнечной панелью виднеется и кратер Кеплер, от которого во все стороны расходятся бледные лучи. Это пример так называемой лучевой системы.

Orion успешно завершил свою испытательную миссию скоро вот уже два года как. Но мы, конечно, ждем и надеемся на продолжение лунных программ.

Что думаете?

#apod

Явление. Ребята из EPFL и ETH Zürich запечатлели на скоростную камеру процесс схлопывания кавитационного пузырька в воде рядом с гелем, имитирующим ткань. Весь процесс длился всего 0.7 миллисекунды, а размер пузырька составлял порядка одного миллиметра.

При взаимодействии с гелем пузырек приобрел забавную грибообразную форму. Также впервые удалось зафиксировать образование струи внутри пузырька в момент схлопывания его «шляпки».

В последние моменты своего существования такие схлопывающиеся пузырьки создают мощную нисходящую струю, способную проникать в гель, что открывает потенциал для применения в различных биомедицинских приложениях.

Что думаете?

#effect

Цитата. "Всю вселенную с большой степенью точности можно рассматривать как единую неделимую сущность, отдельные части которой представимы лишь как идеализации и только на классическом уровне описания. Это значит, что представление о мире, как об огромной механической машине, бытовавшее с шестнадцатого по девятнадцатый века, теперь оказывается лишь приблизительно правильным. Однако лежащая в основе структура материи не механическая. Это значит, что термин "квантовая механика" очень ошибочен. Вернее было бы говорить — "квантовая немеханика" (с) Дэвид Бом, "Квантовая теория", 1951

Что думаете?

#цитата

Изображение. Так сразу и не скажешь, но это кристалл. Кристалл TPB (1,1,4,4-тетрафенил-1,3-бутадиен) под микроскопом. Пластинки с нанесенным слоем TPB используются, чтобы ловить самые неуловимые частицы — нейтрино. Например, в эксперименте DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), в котором нейтрино, порождаемые генератором в Фермилаб, проходят через 1300 км земной коры и ловятся Стэнфордским детектором, представляющим собой здоровенный резервуар с жидким аргоном. При взаимодействии с аргоном нейтрино порождают фотоны, которые и регистрируются TPB-детектором. Целью эксперимента является изучение нейтринных осцилляций. Вот тут есть прикольная презентация по теме — тыц. Даже немного наука и искусство.

Что думаете?

#scimage

​​Новости науки. Согласно свежему анализу данных, собранных аппаратом Mars Express, марсианская луна Фобос (а, вероятно, и Деймос) является частью захваченной Марсом кометы.

Уже много лет исследователи ломают головы над тем, как образовались Фобос и Деймос. Была версия, что так же, как и наша Луна, — в результате крупного столкновения с другим небесным телом. Но эта гипотеза была разбита тем фактом, что химический состав лун сильно отличается от состава Марса. Считается также, что они могут быть захваченными астероидами из пояса астероидов между Марсом и Юпитером. Однако ни одна из симуляций такого захвата не смогла объяснить почти круговые орбиты спутников.

Свежий анализ старых данных, собранных Mars Express, показывает, что все может быть еще экзотичнее, и что спутники являются двумя половинками одной из комет семейства Юпитера (комет, на орбиты которых оказал большое влияние наш планетарный Повелитель). Исследователи из Университета Париж-Сите проанализировали фотометрические характеристики Фобоса и обнаружили, что они почти идентичны таковым у некоторых комет (например, у пресловутой кометы Чурюмова-Герасименко, которая, кстати, тоже двойная — такая структура могла бы объяснить распад одной кометы на два спутника). В частности, структура поверхности Фобоса очень пористая, как будто покрыта толстым слоем пыли, состоящей из бороздчатых частиц, отражающих свет по-разному в зависимости от освещения. Однако некоторые характеристики Фобоса все же не совпадают с таковыми у комет, что пока заставляет исследователей сомневаться в своей догадке.

На 2026 год планируется запуск японского аппарата Martian Moons eXploration (MMX), который, вероятно, сможет пролить больше деталей на происхождение спутников.

Статья выложена в arXiv 18 марта 2024 года.

Что думаете?

#news

История науки. Милая бабулька с большущей головой Ву Цзяньсюн, китайско-американский физик-ядерщик, успевшая поучаствовать в Манхэттенском проекте, где работала над улучшенной версией счетчика Гейгера, а также первая женщина-президент Американского Физического Общества. Знаменитый Опыт Ву, доказавший нарушение четности при слабых взаимодействиях, тоже ее авторства. На фотографии неустановленного года — с компьютером, контролирующим установку по наблюдению "экзотических атомов" (это нестабильные атомоподобные системы, у которых один или несколько электронов заменены на мюон, пион или какую-нибудь другую непонятную заряженную фигню).

Что думаете?

#scihistory

APOD. 8 декабря 2022 года произошло затмение, которое мало кто заметил — затмение полной Луной Марса (в астрономии такие затмения, когда видимый размер одного тела значительно больше, чем другого, принято называть покрытием). Примерно на час полный Марс скрылся за полной Луной, что было запечатлено на серии фотографий недалеко от словацкого Кошице, из которых впоследствии был составлен композитный снимок.

Что думаете?

#apod

Цитата. Так как речь снова зашла об энтропии, привожу еще одну выжимку с объяснением этого понятия и связанных с ним процессов, на этот раз из "Новый ум короля" Пенроуза. Объяснение здесь несколько более грузное, чем у Сасскинда (тыц), но, на мой взгляд, дает гораздо лучшее понимание, если сквозь него продраться. Вторая выжимка — объяснение того, почему кажется, что в живых системах энтропия понижается, а не повышается.

Про энтропию — тыц, про источники низкой энтропии — тыц.

За шакальное качество картинок извиняюсь. Какие есть.

Что думаете?

#цитата

Изображение. Оказывается, голубика вовсе не голубика, а черника! В том смысле, что голубой цвет голубики (и ряда других ягод и фруктов) обусловлен, как оказалось, совсем не цветом содержащихся в ее кожуре пигментов, а особым восковым нанопокрытием, структура которого видна на электронно-микроскопическом изображении (для голубики, орегонского винограда и сливы, соответственно). Нанопокрытие структурировано таким образом, что активнее рассеивает электромагнитное излучение синего цвета, а если его стереть, то ягода станет черной, как и положено в соответствии с ее пигментным составом. По всей видимости, такие нанопокрытия это эволюционно выработанная черта, ведь глаза многих плодоядных насекомых и животных более чувствительны к синему цвету (а ягоды хотят, чтобы их скушали!).

Статья с исследованием опубликована в Science Advances 7 фераля 2024 года.

Что думаете?

#scimage

​​Цитата. "Во-первых, некоторые разделы математики были созданы для описания окружающего мира. Исчисление началось с объяснения движения планет и других движущихся объектов. Математический анализ, дифференциальные уравнения и интегральные уравнения являются естественной частью физики, потому что они были разработаны для физики. Другие разделы математики также естественны для физики. Я помню, как читал лекцию на семинаре Фейнмана, пытаясь объяснить аномалии. Его постдоки хотели выбрать систему координат для вычислений, но он остановил их, сказав: "Законы физики не зависят от системы координат. Слушайте, что говорит Зингер, потому что он описывает ситуацию без координат". Отсутствие координат означает геометрию. Естественно, что геометрия появляется в физике, законы которой не зависят от системы координат.

Симметрии полезны в физике по той же причине, что и в математике. Не говоря уже об их красоте, симметрии упрощают уравнения как в физике, так и в математике. Таким образом, физика и математика имеют общую геометрию и теорию групп, что создает тесную связь между обеими дисциплинами.

Во-вторых, есть более глубокая причина, если ваш вопрос интерпретируется так, как в эссе Юджина Вигнера "Непостижимая эффективность математики в естественных науках". Математика изучает согласованные системы, которые я не буду пытаться определить. Но она изучает согласованные системы, связи между такими системами и структуру таких систем. Мы не должны чрезмерно удивляться тому, что математика имеет согласованные системы, применимые к физике. Остается выяснить, существует ли в математике уже разработанная согласованная система, которая сможет описать структуру теории струн. [В настоящее время мы даже не знаем, какова группа симметрии теории струнных полей]. Виттен сказал, что математика XXI века должна разработать новую математику, возможно, в сочетании с физической интуицией, чтобы описать структуру теории струн" (с) Изадор Зингер, в интервью Майклу Атье.

Что думаете?

#цитата