Созданы первые связанные на квантовом уровне атомы-близнецы.

Запутанные частицы, т.е. связанные на квантовом уровне, даже находясь на огромном расстоянии друг от друга, полностью копируют физические свойства друг друга. О явлении квантовой запутанности мы уже не раз рассказывали на страницах нашего сайта, но все предыдущие эксперименты использовали квантовую запутанность фотонов - квазичастиц, обладающих одновременно свойствами электромагнитной волны и частицы. Физики из Венского технологического университета, используя сверхохлажденный конденсат Бозе-Эйнштейна, преуспели в том, что бы создать связанные на квантовом уровне атомы-близнецы.

"Это пока еще не означает то, что управляя одной частицей, мы можем изменить состояние другой частицы так, будто бы они связаны невидимой нитью. Это происходит, вероятнее всего, из-за большой массы ядра атома вещества"-говорит профессор Джерг Шмидмейер (Jorg Schmiedmayer). -"Тем не менее, определенные свойства запутанных атомов позволяют рассматривать обе частицы как единую квантовую систему. А это открывает путь для проведения новыхзахватывающих экспериментов и исследований".

В ходе эксперимента ученые сначала создали конденсат Бозе-Эйнштейна, который является состоянием вещества при чрезвычайно низких температурах. Атомы вещества в этом состоянии находятся на самом низком энергетическом уровне. Состоянием таких атомов можно управлять с невероятной точностью, заставляя их двигаться и вибрировать под воздействием всего лишь одного кванта света.

Получив с квантом света некоторое количество энергии, через некоторое время, атом вновь стремиться перейти в низкоэнергетичное состояние, для этого ему требуетсяизбавиться от лишней энергии."Из-за определенных условий, реализованных в нашей экспериментальной установке, атомы конденсата Бозе-Эйнштейна имеют только одну возможность избавиться от излишков энергии - испустить пары запутанных атомов, все другие способы искусственно запрещены на уровне законов квантовой механики".

Согласно закону сохранения импульса, эти два запутанных атома двигаются точно в противоположных направлениях. Они оба - квантово-механические копии друг друга и отличаются только направлением движения, формируя один единый квантовый объект.

"Мы собираемся использовать эти атомы для проведения новых экспериментов, проведение которых ранее было просто невозможным. Открывая двери в совершенно новую область, мы надеемся узнать еще больше о строении мира, глубже проникнуть в суть вещей и реализовать некоторые практические применения сделанного открытия"-рассказывает Шмидмейер. -"К тому же, лучи связанных атомов могут стать основой новых методов квантовых измерений, имеющих совершенно недостижимую с точки зрения классической физики точность".

Источник

Новый европейский лазер будет настолько мощным, что сможет разорвать пространство и время.

Европейская комиссия одобрила строительство трех новых гигантских исследовательских лазеров и рассматривает возможность создания еще одного, самого мощного в мире лазера. Мощность импульса этого лазера в несколько сотен раз будет превышать моментальную мощность электрической энергии, вырабатываемой всей человеческой цивилизацией. Каждый из трех новых лазеров будет иметь импульсную мощность, находящуюся в диапазоне петаватта, а мощность четвертого лазера будет в два раза превосходить суммарную мощность первых трех лазеров. С помощью энергии импульсов этих лазеров ученые надеются переместить в реальный мир"виртуальные"неуловимые частицы, из которых состоит, согласно одной из теорий, вся материя и пространство Вселенной.

Пиковая импульсная мощность четвертого лазера проекта Extreme Light Infrastructure (ELI) будет получаться в результате сложения десяти лазерных лучей в один импульс, мощность которого будет составлять 200 петаватт. Это значение в 200 петаватт значительно превосходит суммарное количество энергии, производимой в настоящее время, и фактическипревосходит количество энергии, получаемой Землей от Солнца.

Конечно, такой лазер весьма существенно отличается от лазерной указки, которой балуются ваши дети. Единственный метод достичь таких значений уровня энергии импульса - сократить до безумно маленьких величин само время этого импульса. Импульс, мощностью 200 петаватт, продлиться всего 1.5x10^-14 секунды. Для сравнения, это время, требующееся свету на преодоление расстояния толщины человеческого волоса.

Первым, что будут исследовать ученые с помощью четвертого лазера - это одна из загадочных теорий квантовой физики, которая утверждает, что пространство состоит из возникающих ниоткуда частиц, которые возникают совершенно непредсказуемо, а время их существования настолько мало, что их не удается зарегистрировать никакими научными методами. Ученые надеются, что при таком уровне энергии, сосредоточенном в малой области пространства, нарушатся все законы физики и произойдет разрыв пространственно-временного континуума, разделение материи на вещество и антивещество и другие совершенно невероятные явления.

Несколько европейских стран претендовали на участие в проекте ELI в качестве места строительства новых лазеров. Один из трех первых лазеров будет строиться ЧешскойРеспублике а два других - в Венгрии и Румынии. Эти лазеры должны будут вступить в строй в 2015 году. Четвертый лазер, согласно планам, должен начать"разрывать пространство"в 2017 году, но где именно, пока это еще не решено.

Источник

БАК устанавливает новый рекорд, на этот раз - по яркости луча частиц.

Большой Адронный Коллайдер (БАК) считается самым мощным ускорителем частиц на сегодняшний день. Он еще не вышел на максимальную расчетную мощность, но на его счетуимеется несколько рекордов в области физики частиц. В ночь 21 апреля 2011 года на БАК был установлен еще один мировой рекорд, на этот раз - по интенсивности, яркости, луча частиц. CERN объявили, что предыдущий рекорд в 4.024*10^32 см^-2*с^-1, установленный ускорителем Tevatron лаборатории Fermilab, был побит их коллайдером, который смог обеспечить уровень яркости луча, равную 4.67*10^32 см^-2*с^-1. Это значение является огромным значением, расположенном гдето среди миллиардов миллиардов миллиардов.

Что же означает это огромное количество нулей? Охота CERN с помощью БАК на бозон Хиггса является ничем иным как"игрой в боулинг"на уровне элементарных частиц. Количество и качество получаемых научных данных напрямую зависит от количества столкновений, но в этой"игре"когда шар поражает кегли он создает вспышку яркого света, и чем больше огонь от столкновения лучей, тем больше столкновений частиц.

Установление этого рекорда, конечно, событие замечательное, но это не означает конца"игры",ведущейся на БАК. Последнее достижение означает, что на коллайдере будет собираться намного большее количество данных, которые, вероятно, приблизят CERN к их конечной цели, к обнаружению бозона Хиггса, гипотетической неуловимой частицы, существование которой обеспечивает существование массы у всех других частиц.

Источник

Новая технология доказала, что Эйнштейн был в свое время неправ - мы можем измерить Броуновское движение.

В 60 году до н.э. поэт Лукреций красочно описал движение пыли в воздухе темной комнаты, размышляя о существовании атомов. В 1827 году Роберт Броун описал беспорядочноедвижение мельчайших частиц цветочной пыльцы в воде, движение, которое впоследствии было названо его именем. Это оставалось неизменным до 1905 года, когда Эйнштейн сделал вывод о том, что Броуновское движение является мгновенной реакцией частиц на случайные столкновения с беспорядочно движущимися молекулами воды. Согласно Эйнштейну Броуновское движение происходило по всем канонам классической ньютоновой физики. В то время было невозможно определить линейную скорость движения, средства измерения того времени позволяли измерить только среднеквадратичное смещение. Эйнштейн сказал по этому поводу:"Не представляется возможным с помощью непосредственных наблюдений измерить скорость движения",из-за того, что скорость частиц меняется приблизительно за 100 нс, чрезвычайно быстро для того времени.

Но это все происходило достаточно давно. Сейчас исследователи, вооруженные современными технологиями и измерительными инструментами, могут производить наблюдения с точностью, на порядки превышающей точность тех времен.

Удерживая крошечную сферическую частицу, диаметром около одного микрона, в оптической ловушке, ученые из Техасского университета в Остине и Швейцарского политехнического института (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL) измеряли силу отраженного от частицы света лазера. Скоростной оптический датчик положения смог обеспечить частоту измерения положения частицы около 75 миллионов раз в секунду, что дало разрешающую способность определить траекторию Броуновского движения частицы с точностью 0.2 ангстрема и интервалом 10 наносекунд.

С такими характеристиками проведенных измерений ученым впервые в истории удалось достаточно точно измерить скорость и траекторию двигающихся частиц, другими словами, Броуновское движение.

Источник

В первый раз запущен ускоритель частиц нового типа.

Опытный образец ускорителя частиц EMMA, построенного по совершенно новой схеме, чем другие ускорители частиц, был успешно запущен и разогнал поток частиц до энергии18 МэВ. Ускоритель разработан и построен в лаборатории Science and Technology Facilities Council's (STFC) Daresbury Laboratory в Великобритании, а целью создания ускорителя является практическое подтверждение работоспособности новых принципов и идей. Конечно, мощность такого ускорителя невелика по сравнению с монстрами типа Теватрон и БАК, но и у такого ускорителя есть целый ряд потенциальных применений, начиная от диагностики раковых заболеваний и заканчивая безопасными ядерными реакторами, которые производят более безопасные отходы.

Разработчики конструкции ускорителя утверждают, что использованные ими принципы и инженерные решения окажут большое влияние на фундаментальную науку и изменят принципы, в соответствии с которыми строятся ускорители во всем мире. Компактный ускоритель EMMA, рассчитанный на максимальную энергию в 20 МэВ, устроен гораздо проще истоит дешевле обычных ускорителей сравнимой мощности. А успешный запуск ускорителя говорит о том, что его схема вполне жизнеспособна, что открывает дорогу более мощным, более компактным ускорителям в будущем.

Основой ускорителя EMMA является кольцо магнитов, суммарное магнитное поле от которых используется для фокусировки и управления пучком электронов внутри ускорителя. Но разгон частиц осуществляется не по кольцевой траектории, как в обычных ускорителях, а по спиральной, что достигается специальной формой магнитного поля. Магнитная фокусировка луча позволяет ускорять луч, движущийся по спиральной траектории, существенно быстрее, поэтому кольцевая магнитная система ускорителя EMMA получается весьма компактной, а управление лучом разогнанных частиц получается намного более гибким и устойчивым, чем в обычных ускорителях.

Следующим шагом будет вывод ускорителя EMMA на расчетную мощность в 20 МэВ."Эта веха отмечает начало подробной экспериментальной программы, которая предоставит всю информацию, необходимую для проектирования и строительства ускорителей такого же типа в будущем"-говорит Сьюзен Смит (Susan Smith), ученая из STFC.

Источник

Физики создали квантовый регистр рекордной длины в 14 кубитов.

Австрийские физики из Инсбрукского университета (University of Innsbruck) создали квантовый регистр рекордной на сегодняшний день длины (разрядности), состоящий из 14"запутанных"квантовых битов, кубитов. Команда ученых, возглавляемая Рэйнером Блатом (Rainer Blatt), уже имеет на своем счету подобное достижение. В 2005 году им удалось в ходе одного изэкспериментов реализовать на практике квантовый регистр, состоящий из восьми кубитов.

Сейчас Инсбрукские ученые почти удвоили результат 2005 года, поймав внутри ионной ловушки 14 атомов кальция, которые связавшись или"запутавшись"стали единой 14-битной системой, состоянием которой можно было управлять с помощью света лазера. Такой регистр, как говорят ученые, представляет собой ядро будущегоквантового компьютера. В ходе экспериментов так же выяснилось, что время распада"запутанности"атомов, супердекогеренции, находится не в линейной зависимости от числа атомов, а пропорционально их квадрату. Таким образом, чем в системе больше связанных атомов, тем больше время ее существования.

Так же ученым удалось поймать и удержать в ионной ловушке одновременно 64 атома вещества."Но, пока мы еще не в состоянии"запутать"столь большое количество частиц"-говорит научный сотрудник Инсбрукского университета Томас Монз. -"Однако, достигнутые нами результаты предоставляют нам большие возможности для изучения свойств множественных"запутанных"частиц".

Термин"запутанность"(entanglement)был введен лауреатом Нобелевской премии Эрвином Шредингером (Erwin Schrodinger) в 1935 году для описания квантово-механического явления, которое и по сей день остается весьма загадочным."Запутанные"частицы являются не отдельными частицами, имеющими различные квантовые состояния, они представляют собой скорее цельную систему."Запутывая"соответствующие частицы, квантовые биты, квантовый компьютер будущего будет в состоянии решить задачи намного быстрее, чем современные обычные компьютеры.

Источник

Станет ли Большой адронный коллайдер первой в мире машиной времени?

Согласно новой теории, Большой адронный коллайдер (БАК) может оказаться способным к тому, что бы заставить материю перемещаться назад во времени и стать первой в мире реально работающей машиной времени."Наша теория пока является только теоретическими выкладками, но она совершенно не нарушает фундаментальных физических законов и экспериментально доказанных фактов"-говорит по этому поводу Том Уэйлер (Tom Weiler), профессор физики из университета Вандербилт.

Как давно уже известно, главной целью создания является обнаружение и изучение бозона Хиггса, этой неуловимой"частицы Бога",существование которой должно объяснить тот факт, что все элементарные частицы, такие как протоны, нейтроны и электроны обладают массой. Но, если коллайдер преуспеет в том, что бы получить бозон Хиггса, он так же создаст еще одну экзотическую частицу, называемую синглетом Хиггса (Higgs singlet).

Согласно теории Уэйлера и его коллеги Чу Мэн Хо (Chu Man Ho), эти синглеты должны обладать способностью перехода в пятое измерение, что позволит им передвигаться впередили назад во времени, вновь появляясь в прошлом или будущем."Одной из самых привлекательных сторон такой теории о путешествиях во времени является то, что эта теория позволит избежать возникновения больших временных парадоксов"-рассказывает Уэйлер. -"Поскольку, согласно теории, возможность путешествия во времени ограничивается только экзотическими частицами, то человек не сможет переместиться назад в прошлоеи совершить там действия, которые могут вызвать появление временного парадокса. Однако, если в будущем ученые смогут научиться управлять производством синглетов Хиггса, то они смогут использовать их для того, что бы послать сообщения в прошлое и будущее".

В подтверждение своей теории ученые собираются произвести некоторые эксперименты на БАК. Если коллайдер начнет вырабатывать бозоны и синглеты Хиггса, то специальное оборудование будет улавливать продукты распада этих частиц, переместившихся во времени до момента столкновения пучков протонов, вызвавших их появление. Теория Уэйлера и Хо основана на М-теории (M-theory), теории"всего сущего",которая описывает все свойства известных субатомных частиц, но оперирует в пространстве, имеющем 10 и 11 измерений, вместо четырех нам известных.

Уэйлер начал работать в области перемещения во времени еще шесть лет назад, в момент, когда потребовалось объяснить аномалии, наблюдаемые в ходе нескольких экспериментов с нейтрино. Он и его коллеги нашли объяснение этим аномалиям, которое базировалось на существовании некоей гипотетической частицы, которая получила название стерильного нейтрино (sterile neutrino) и была способна переходить через дополнительные пространственные измерения.

Источник

Физики создали принципиально новый тип источника света.

Физикам из университета Бонна удалось создать уникальные условия, при соблюдении которых стало возможным получение абсолютно нового типа источника света, которыйранее существовал только в теории. Этот источник является ничем иным, какконденсатом Бозе-Эйнштейна,состоящим из фотона, своеобразным супер-фотоном. Это открытие может привести к появлению новых классов оптических приборов, по свойствам напоминающих лазеры, работающие в рентгеновском диапазоне, и к разработке на их основе более мощных компьютерных оптических процессоров.

Впервые конденсат Бозе-Эйнштейна был получен в 2001 году группой американских физиков, ставших в связи с этим лауреатами Нобелевской премии в области физики. Атомы рубидия, охлажденные до сверхнизких температур, составляющих миллионные доли градуса выше абсолютного нуля, концентрировались в очень маленьком замкнутом объеме.При достижении некоторого порога плотности эти частицы исчезли, превратившись в конденсат Бозе-Эйнштейна, поведение которого соответствует поведению одной единственной огромной супер-частицы.

Такой подход должен сработать и для фотонов света, но тут возникает одна проблема, когда фотоны"охлаждаются",они попросту исчезают. Но, можно сказать, Боннским ученым удалось реализовать невозможное -"охладить"фотоны света и сконцентрировать их в малом объеме. Добиться этого им удалось, применив два зеркала, имеющих очень высокий коэффициент отражения. Фотоны света, попавв плоскость, перпендикулярную плоскостям этих зеркал, больше никогда не покидали этого объема, колеблясь между зеркалами взад-вперед. В пространство между зеркалами были выпущены молекулы вещества-пигмента, которые при столкновении поглощали фотоны и тут же испускали их вновь, но уже с другой температурой.

"Во время этого процесса фотоны приняли температуру окружающего газа"-рассказывает профессор Мартин Вайц (Martin Weitz). -"Они, эти фотоны, остыли буквально до комнатной температуры, но при этом они не исчезли или потерялись".После этого с помощью луча лазера физики буквально накачали фотонами пространство между зеркалами, это позволило получить чрезвычайно высокую концентрацию фотонов в достаточно ограниченном объеме. А высокая концентрация фотонов привела к возникновению конденсата Бозе-Эйнштейна, т.е. одного супер-фотона.

Источник