История науки. Американские физики Ханс Бете и Бойс МакДэниел разъезжают на велосипедах по кольцу Корнельского синхротрона (вероятно, ещё на этапе строительства), 1968 год.

Длина кольца синхротрона хотя и не может конкурировать с таковой Большого адронного коллайдера (26 659 м), но всё же составляла добрые полтора километра, что делало велосипед самым удобным средством разгона частиц человеческого тела по туннелю.

#scihistory

Явление. Если помните (а в это богатое на события время можно было легко забыть) в начале этого года произошло значительное по мощности извержение вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай в ахипелаге Тонга. Взрывная волна от этого извержения была настолько мощной, что обогнула Землю несколько раз, что можно видеть на представленной анимации, составленной по данным двух геостационарных спутников, следящих за погодой. Глобально волновой фронт представляет собой так называемую волну Лэмба.

Авторы анимации также опубликовали подробный анализ извержения в Nature 30 июня 2022 года, полный текст которого доступен по ссылке - тыц. По их словам это было самое мощное извержение за последние 140 лет, со времени извержения Кракатау в 1883 году.

#effect

Изображение. Более десяти лет понадобилось ученым NASA, чтобы разработать технологию получения таких изображений. Как результат - одна из первых фотографий двух взаимодействующих друг с другом ударных волн от сверхзвуковых самолётов. Распространяясь, звуковые волны взаимодействуют как друг с другом, так и с реактивной струёй истребителей, и плавно сливаются. Сама съемка также производится с борта более высоколетящего самолёта.

Технология получения таких фотографий чем-то напоминает шлирен-метод, который у нас уже неоднократно упоминался, правда в значительно меньших масштабах. По сути речь идёт о выкручивании на максимум контраста малейших изменений оптической плотности среды.

Целью же исследований является разработка летательного аппарата, который при переходе на сверхзвуковую скорость производил бы не громкий хлопок, как сейчас, а лишь тихий гул. Напомним, что именно звуковое загрязнение являлось основной причиной запрета коммерческих сверхзвуковых лайнеров.

#scimage

Цитата. "Мой наставник и учитель Джон Уиллер в годы моего становления как физика (и центральный персонаж в этой книге) любил спрашивать своих друзей: «Что единственное, самое важное вы из этого смогли узнать?» Мало вопросов, которые заставляют так точно сконцентрировать ваш ум. В духе вопросов Джона, завершив книгу, я спрашиваю себя: «Что является тем единственным, самым важным, что я бы хотел, чтобы от меня узнали читатели?»

Мой ответ: потрясающая мощь человеческого ума, позволившая наскоками, обходными путями и мгновенными озарениями разгадать сложность нашей Вселенной и выявить предельную простоту, элегантность и фантастическую красоту фундаментальных законов, по которым она существует." (с) Кип Торн, из введения к книге "Чёрные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна"

#цитата

APOD. Красиво обработанная туманность Вуаль - остаток сверхновой, взорвавшейся около 10 000 лет назад в созвездии Лебедя в 2400 световых годах от нас. Туманность огромна, её угловой размер составляет примерно 3 градуса, то есть 6 полных Лун. Но, конечно, из-за тусклости, увидеть её не так просто. Данное изображение получено в ходе 17-часовой экспозиции наземным телескопом в Юте с помощью трёх фильтров - красный цвет кодирует излучение от атомов серы, зеленый от атомов водорода и синий от кислорода. Звёзды удалены с изображения, чтобы дать нам возможность лучше насладиться величественным газовым облаком. Кстати, туманность сама по себе условно разделяется на несколько подтуманностей, среди который туманности Ведьмина Метла, Сеть, Щука и Треугольник Пикеринга.

#apod

Кристаллы. Мы понимаем, какое влияние наша планета оказывает на жизнь на Земле, но как жизнь влияет на нашу планету, в частности, на разнообразие её минералов? Существует множество классификаций минералов, но почти все они описывают только внешний вид, структуру или свойства этих соединений. Иными словами то, как минералы выглядят и устроены сейчас. Ученые из американского Института Карнеги предложили собственную и совершенно новую классификацию, отличительной особенностью которой является попытка ответить на вопрос "Как тот или иной минерал образовался?". Описав более 5600 видов минеральных соединений, ученые выделили 57 возможных способов их формирования. И среди прочего выяснилось, что примерно для половины всех минералов важным фактором формирования в той или иной форме является жизнь! Свои открытия минералоги описали в двух статья в журнале American Mineralogist - тыц, тыц, из которых можно заключить, что не только наша планета дарит нам безопасное пристанище в высокоэнергетическом океане космоса, но и мы (жизнь в широком смысле) обогащаем её большим разнообразием неживых форм.

Для примера, на картинке показаны два минерала, для формирования которых жизнедеятельность организмов является ключевым фактором:
- слева азурит, для образования которого нужна богатая кислородом атмосфера, создаваемая фотосинтезирующими бактериями;
- справа опаловый аммонит - опал, заместивший материал раковины древнего моллюска.

Так же обнаружилось, что невероятно важным фактором минерального разнообразия является вода, участвующая в формировании 80% всех минералов.

#crystal

Явление. Одно из редких видео, показывающее процессы, происходящие в пожалуй самых экстремальных на нашей планете условиях - в камерах термоядерных реакторов. Широкоугольная камера фиксирует зажигание водородной плазмы в камере токамака Федеральной политехнической школы Лозанны в попытке достичь условий, необходимых для слияния ядер водорода в более тяжелые элементы. Для этого необходимо нагревание плазмы до температуры порядка сотни миллионов градусов и правильное её удержание с помощью магнитного поля.

#effect

APOD. Довольно крупная солнечная вспышка (величины M 3.6 по классификации интенсивности рентгеновского излучения), случившаяся в феврале 2011 года и снятая зондом NASA Solar Dynamics Observatory. Показанный на видео интервал времени наблюдения составляет около 90 минут. Обратите внимание, как значительная часть исторгнутого из звезды вещества втягивается обратно. Происходит это, потому что ионизованная материя движется в основном по линиям магнитного поля, концентрация которых максимальна в районе вспышки.

#apod

Изображение. Поведение лазерных лучей на границах раздела сред с разной оптической плотностью. Падающий слева красный луч сначала преломляется на границе раздела со стеклом/жидкостью, а затем испытывает полное отражение на границе раздела двух жидкостей. Интересно обратить внимание, что помимо преломлённых лучей имеются также и слабые отражённые, создающие каскад ослабевающих отражений и преломлений.

На самом деле на изображении показан вполне ценный научный опыт. В пробирку налиты несмешивающиеся вода с растворённым в ней флуоресцентным веществом и органический додекан. Падающий сверху зелёный лазерный луч (луч накачки) возбуждает флуоресценцию в водном растворе, что хорошо видно по интенсивному зелёному свечению. Красный зондирующий луч, отражаясь от границы раздела жидкостей, захватывает информацию о поведении возбуждённых молекул, которая впоследствии анализируется с помощью приёмника излучения.

#scimage

Новости науки. Начинают поступать первые научные данные от нового и самого чувствительного на сегодняшний день детектора тёмной материи LUX-ZEPLIN.

Тёмная материя это гипотетическая субстанция, которая взаимодействует с обычным веществом только (или преимущественно) гравитационно. Мы хорошо видим её действие на космологических масштабах - она оказывает влияние на структуру и динамику галактик и проявляется в крупномасштабной структуре вселенной. По оценкам, на её долю должно приходиться примерно 80% всей массы вещества вселенной (исключая тёмную энергию). Однако, иначе как через гравитацию обнаружить её пока не удаётся. Если отбросить экзотические варианты, большинство гипотез предполагают, что тёмная материя состоит из того или иного рода частиц, не участвующих (или участвующих очень слабо) в электромагнитном, сильном или слабом взаимодействиях.

Гипотез множество - тёмной материей могут оказаться первичные черные дыры, вимпы, аксионы, какие-нибудь суперсимметричные частицы и множество других непонятных слов. На сегодняшний день самой распространённой гипотезой являются вимпы (от англ. WIMP - weakly interacting massive particle, слабовзаимодействующая тяжелая частица), гипотетические массивные частицы, участвующие только в гравитационном и очень слабо в слабом взаимодействии.

Именно для попытки обнаружения вимпов через слабое взаимодействие построен детектор LUX-ZEPLIN, расположенный в Сэнфордской лаборатории в Южной Дакоте. Детектор представляет собой огромный бак, наполненный 10-ю тоннами жидкого ксенона, помещённый глубоко под землю, чтобы экранировать всё ненужное. Предполагается, что гипотетический вимп в очень редких случаях может провзаимодействовать с ядром ксенона, породив сигнал, который впоследствии будет усилен фотоумножителями. Сейчас, после почти десяти лет организации и строительства, детектор наконец запущен, и проведены первые шестидесятидневные испытания, которые показали, что детектор функционирует как полагается. Нет, конечно, никаких вимпов пока не обнаружено, для этого понадобятся гораздо более длительные периоды методичных экспериментов. Будем ждать. Это вам не свет от галактик фотографировать!

Первая статья с результатами выложена в arXiv - тыц.

#news

Научная статья. В этой рубрике мы писали о нескольких довольно коротких публикациях. В частности, о статье, не содержащей ни единого слова (только картинки), о статье, абстракт которой состоит из одного слова и других. Но, пожалуй, никто не превзошел психолога Денниса Аппера, который в 1974 году опубликовал статью "Неудачная попытка самостоятельно преодолеть творческий кризис". Статья опубликована в Journal of Applied Behavior Analysis и кроме названия не содержит вообще ничего, даже ни единой ссылочки на источники. Конечно, это статья шуточная, но её существование делает её самой короткой из когда-либо опубликованных.

Отдельно доставляет комментарий одного из рецензентов (вопреки обычаю он даже был помещен под "текстом" публикации): "Я очень внимательно исследовал рукопись с помощью лимонного сока и рентгеновских лучей и не нашёл ни единого недостатка как в оформлении статьи, так и в стиле автора. Я предлагаю опубликовать статью без изменений. Очевидно, это наиболее краткая работа из всех, что я когда-либо видел — и тем не менее она содержит достаточно информации для того, чтобы другие исследователи могли повторить неудачу доктора Аппера. По сравнению с другими рукописями, которые мне присылают, полными всяких мудрёных подробностей, чтение этой было сплошным удовольствием. Безусловно, мы можем найти место для неё в журнале — возможно, на краешке пустой страницы."

Статья не единственная в своём роде. В научном сообществе она стала некоторого рода мемом, породившим множество подражателей (многие из них платные!), по которым выпустили даже мета-анализы.

#paper

Явление. Кристаллы могут образовываться не только из атомов или молекул, но и из живых организмов. Ученые из Кембриджа обнаружили, что эмбрионы морской звезды могут объединяться в "живые кристаллы". В процесса своего развития каждый эмбрион вращается, что создаёт завихрения жидкости, которые порождают силы притяжения между несколькими эмбрионами и позволяют кристаллу сформироваться. Получившийся кристалл может насчитывать тысячи особей и сохранять стабильность в течение десятков часов. Более того, в такой структуре возможны и возмущения - разнообразные волнообразные процессы, распространяющиеся по "кристаллической решетке". Ученые надеются, что изучение таких живых кристаллов может помочь в разработке новых умных материалов. Больше подробностей в видео по ссылке - тыц, и в статье, опубликованной в Nature, - тыц.

#effect

APOD. Все планеты Солнечной системы на одном снимке (кроме гипотетической девятой, хотя, может и она где-то там) - Меркурий, Венера, Уран, Луна, Марс, Юпитер, Нептун, Сатурн слева направо. На самом деле изображение снято не одним кадром, но составлено из четырёх снимков, одновременно сделанных с четырёх разных камер во время заката недалеко от Рима. Все небесные тела, кроме Урана и Нептуна можно было бы увидеть и невооруженным взглядом, Уран и Нептун только с помощью бинокля.

#apod

Изображение. Поверхность золота, измеренная с помощью сканирующего туннельного микроскопа.

Сканирующий туннельный микроскоп представляет собой очень острую (в идеале всего c одним атомом на конце) иголочку, перемещающуюся над образцом на небольшом (меньше одного нанометра) расстоянии. Между иглой и поверхностью приложена небольшая разность потенциалов, а измеряется возникающий под её действием туннельный ток электронов. То есть, мы видим не совсем топографию поверхности, но распределение плотности состояний - места, куда току легче течь светлые, куда сложнее - тёмные. Но оно очень часто достаточно хорошо согласуется с топографией.

Каждый шарик на изображении это отдельный атом золота, а наклонные полосы возникают в результате реконструкции поверхности - атомам не нравится быть на поверхности, и они стремятся минимизировать свою энергию, перестраиваясь определённым образом, этакий аналог поверхностного натяжения в мире кристаллов.

#scimage

Анимация. Небольшая упрощённая анимация того, как электроны образуют куперовские пары, ответственные за явление сверхпроводимости.

Сверхпроводимость возникает, когда два электрона объединяются в квазичастицу с целым спином - куперовскую пару. Газ таких квазичастиц может образовать состояние конденсата Бозе-Эйнштейна, способного двигаться по кристаллической решетке без сопротивления. Но беда в том, что электроны электростатически отталкиваются и не хотят объединяться. Тут на помощь приходит кристаллическая решетка, ионы которой имеют положительный заряд. При движении через кристалл электрон как бы чуть-чуть притягивает к себе ионы решетки, создавая эффективную потенциальную яму, в которую соседний электрон может угодить и образовать с первым куперовскую пару. Таков механизм образования сверхпроводимости в теории БКШ.

Ну а я лишь напомню, что до сегодняшнего дня полной теории сверхпроводимости не существует, и данную анимацию стоит воспринимать лишь как крайне упрощенную визуализацию процесса.

#animation