Странное поведение высокотемпературных сверхпроводников указывает на существование нового состояния материи.

Изучая странное поведение высокотемпературных сверхпроводников, ученые, возможно, нашли новое состояние материи, отличное от твердого, жидкого, газообразного и плазменного состояний, которые известны в настоящее время. Это состояние возникает в момент перехода вещества через температурный интервал перехода в сверхпроводящее состояние, который составляет всего несколько тысячных долей градуса. По мнению ученых, электроны вещества, находящегося в этом состоянии выстраиваются в четкую упорядоченную структуру, которая не наблюдалась никогда ранее.

Сверхпроводники - это материалы, которые обладают нулевым электрическим сопротивлением и электрический ток, проходя через них, не тратит впустую энергию, нагреваяпроводник, как это происходит в обычных материалах. Обычно переход в сверхпроводящее состояние происходит у большинства материалов при чрезвычайно низких температурах, поэтому использование сверхпроводников до сих пор не нашло широкого применения. Ученые многих стран пытаются разрешить эту проблему, создав так называемые высокотемпературные сверхпроводники, материалы, обладающие сверхпроводимостью при комнатной температуре. Во время таких исследований обнаружилось, что в высокотемпературных сверхпроводниках более ярко выражено явление температурного интервала перехода, который имеет более широкое значение, чем в низкотемпературных сверхпроводниках. Переходя через этот промежуток электроны вещества переходят на новый энергетический уровень, готовясь объединиться в куперовские пары и перейти всостояние сверхпроводимости.

Находясь в промежутке температурного интервала перехода электроны вещества находятся в совершенно новом, отличном и от обычного, и от сверхпроводящего состояния.В течение 20 лет с момента открытия этого явления никто еще не был в состоянии выяснить, что именно происходит с электронами в этом состоянии и теперь исследователииз Национальной лаборатории ускорителя SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory) и Стэнфордского университета собираются выяснить это. В случае удачи можно будет с точностью сказать, что же именно приводит к образованию промежутка температурного интервала перехода и создать новые высокоэффективные высокотемпературные сверхпроводники.

Исследовательская установка, которая используется для данных экспериментов, согласно данным SLAC, объединяет в себе три различных методики и технологии измерений, используемых для изучения поведения электронов в веществе, термодинамического поведения в объеме вещества, изменение динамических свойств электронов в течение длительного времени. Исследования показали, что находясь в фазе промежутка, электроны еще не разделились на куперовские пары, вместо этого они упорядочились, создавединую структуру, имеющую строгий и определенный порядок. К тому же, это электронное формирование остается еще некоторое время при переходе материала в сверхпроводящее состояние, просто до настоящего момента этого еще никто не замечал ранее.

Ученые сами еще не до конца уверены, что означает формирование этой электронной структуры и собираются выяснить об этом все в ближайшее время. Но, резюмируя, можно сказать, что открытие нового состояния вещества не только дает ответы на множество вопросов, но и открывает еще больше новых вопросов, связанных со свойствами электронов и теорией сверхпроводимости.

Источник

Идет создание самой большой в мире ловушки для антивещества.

Процесс создания антиматерии является одним из сложнейших и загадочных процессов, реализованных учеными-физиками, но и удержание антиматерии от аннигиляции является не менее сложной задачей. В настоящее время группа ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего, возглавляемая Клиффордом Сурко (Clifford Surko), занимается созданием ловушки для антивещества, способной удержать рекордно большое количество античастиц в течение длительного времени, достаточного для проведения научных работ и исследований.

Антивещество представляет собой"зеркальное отражение"обычного вещества. Для каждой элементарной частицы, к примеру электрона, имеется свой анти-аналог, позитрон в случае электрона, с такой же массой и свойствами, но с противоположным зарядом. Основная проблема в изучении антиматерии состоит в том, что стоит только античастицам войти в контакт с частицами обычной материи, эти частицы взаимно уничтожаются, аннигилируют, выделяя энергию и гамма-излучение. Таким образом, любой контейнер, в которое будет помещено антивещество, тут же подвергнется полному разрушению.

Новая ловушка для антивещества, низкоэнергетических позитронов, создаваемая физиками, будет использовать сложную комбинацию электрических и магнитных полей, удерживающих античастицы от контакта с обычными частицами. В новой ловушке одновременно сможет удерживаться более триллиона частиц антивещества."Наша ловушка будет напоминать большой отель с небольшими комнатами, в качестве которых будут выступать магнитные ловушки. В каждом таком"номере отеля смогут проживать"десятки миллиардов античастиц"-рассказывает Сурко.

Ученые так же разрабатывают методы и технологии с помощью которых можно будет охладить антивещество до сверхнизких температур, что замедлит движение античастиц исделает возможным проведение измерений, экспериментов и исследований. Так же, используя магнитные поля, ученые попытаются сжать большие облака античастиц, превратив их в плотные куски антивещества, которые затем можно будет использовать для практического применения."Это будет напоминать выдавливание зубной пасты из тюбика, только в нащем случае из"горловины тюбика"будет выходить невероятно плотный луч из античастиц"-пояснил Сурко. -"А мы будем использовать этот анти-луч для изучения того, как античастицы реагируют и взаимодействуют с обычными частицами. Это, в свою очередь, позволит нам приоткрыть некоторые тайны строения материи".

Еще одной работой, над которой трудятся эти ученые, является создание портативной ловушки для антивещества, которая может использоваться не только в лабораторномоборудовании, но и стать частью другого оборудования, медицинского и промышленного."Если мы получим портативную и надежную ловушку, то это ускорит практическое применение антивещества в мире".Несмотря на то, что антивещество является еще пока чрезвычайно экзотическим явлением, оно уже используется в медицинских томографических сканнерах PET (Positron Emission Tomography).

Источник

Исследования свойств графена могут помочь физикам проникнуть в тайны бозона Хиггса.

Согласно новым исследованиям, графен, новый, многообещающий в разных областях, материал, может помочь ученым-физикам ответить на некоторые вопросы, связанные с бозоном Хиггса, самой загадочной и неуловимой частицей нашей Вселенной. Когда графен, представляющий собой материал из углерода, толщиной в один атом, подвергается сжатию или растяжению, он начинает колебаться. Эти колебания связаны с изменением энергетического потенциала самого графена. В результате этих колебаний происходитнарушение симметрии кристаллической решетки графена, а результатом этих колебаний становятся устойчивые волновые эффекты.

Пабло Сан-Хосе (Pablo San-Jose), Франсиско Гинея (Francisco Guinea) и Хосе Гонсалес (Jose Gonzalez) из Мадридского института материальных наук (Madrid's Institute for Material Science), считают, что нарушения симметрии при колебаниях графена являются аналогичными нарушениям симметрии пространства и материи, имевшим место во время Большого взрыва. Ученые предполагают, что в ранние моменты, непосредственно предшествующие Большому взрыву, все четыре фундаментальных силы, существующие в современном материальном мире, были единой силой. Но горячее и чрезвычайно плотное состояние вещества в момент взрыва вызвало нарушение симметрии, в результате которого вышеупомянутая единая сила разбилась на силу гравитации, силы электромагнетизма, силы слабых и сильных ядерных взаимодействий.

Согласно Discovery News, это явление называется областью Хиггса (Higgs field), которая имеет непосредственное отношение к бозону Хиггса, а сутью этой области является переходный период, когда материя переходит из высокоэнергетического состояния к обычному, материальному состоянию. В мире физики вышеупомянутые эффекты называются"Эффектом сомбреро"или"Эффектом мексиканской шляпы".

Так вот, вернемся опять к графену. Результат реакции графена на растяжение или сжатие, подобна тому, что происходит когда сжимается область Хиггса, вызывая нарушение симметрии Вселенной, только в локальном микроскопическом масштабе. Изучение волновых эффектов, возникающих в графене, может дать ученым некоторые намеки и подсказки об области Хиггса и о бозоне Хиггса. Ведь физики уже сейчас знают, что волновые эффекты в графене возникают не только в результате физического воздействия. Колебания и эффекты меньшей амплитуды возникают даже и при незначительных температурных колебаниях.

Все вышесказанное не значит того, что изучение крошечных графеновых пленок может заменить огромный Большой Адронный Коллайдер (БАК) в деле обнаружения бозона Хиггса. Но эти исследования могут помочь в решении некоторых загадочных физических уравнений из области квантовой физики и квантовой механики.

Источник

Ученые CERN впервые поймали антивещество в ловушку.

В то время как ученые CERN продолжают сталкивать протоны в Большом адронном коллайдере, пытаясь создать миниатюрный Большой взрыв и глубже проникнуть в тайны материи и Вселенной, другие, менее известные эксперименты CERN дают значимые результаты. Команде ученых из Женевской лаборатории CERN впервые в истории удалось поймать в магнитной ловушке и удержать в ней атомы антивещества, антиводорода, являющегося антиподом обычного водорода.

Впервые антиводород был получен гораздо раньше в лабораториях CERN, в 2002 году. Но те атомы антивещества существовали всего несколько коротких микросекунд, прежде чемстать вспышкой гамма-излучения, столкнувшись и аннигилировав с атомами обычного вещества. Способность удерживать антивещество в ловушке в течение длительного времени станет началом целого ряда экспериментов по его изучению, которые позволят ответить на вопрос почему антивещество, созданное в равной пропорции с обычным веществом во время рождения Вселенной, полностью отсутствует в настоящее время.

Ответы на вопросы, связанные с антивеществом, могут перевернуть с ног на голову все современные физические теории и представления. Так же может быть разрушена устоявшаяся стандартная модель физики элементарных частиц, что отбросит науку назад к исходной точке. Если в результате исследований окажется, что антивещество существенно отличается от теоретической модели, разработанной физиками, это может буквально"взорвать"всю современную физику.

Естественно устройство по созданию антивещества и улавливания его в ловушке невероятно сложно. Процесс получения антивещества начинается с того, что плотное облако охлажденных антипротонов медленно совмещается с облаком позитронов, где и происходит формирование антиводорода. Это все происходит в недрах магнитной ловушки,имеющей сложную форму магнитного поля, сформированного несколькими магнитами со сверхпроводящими обмотками. Именно это магнитное поле удерживает атомы антиматерии от столкновений с атомами обычной материи и от их взаимного уничтожения.

Пока у ученых получилось удерживать атомы антиматерии в течение всего около одной десятой секунды, по сравнению с микросекундами, это просто громадный срок жизни антивещества и достаточный для того, что бы провести массу экспериментов, касающихся антиматерии. В будущем ученые планируют создать более совершенную магнитную ловушку с помощью которой время жизни антиматерии станет существенно длиннее, а это, в свою очередь, откроет перед учеными еще большие перспективы.

Источник