👷🏻 🙅🏼 🤺 वर्ष के भौतिक परिणाम 💆🏽 🧘🏽 🧓🏻

नमस्कार Giktayms! दिसंबर के अंतिम दिन यार्ड में हैं, जिसका अर्थ है कि अमेरिकी भौतिक समुदाय के साथ आउटगोइंग वर्ष का जायजा लेने का समय है। पेंटाक्वेर्क और बेल की असमानताओं की खोज के अलावा, छोटी सूची में डार्क मैटर और फटने वाले गुब्बारे शामिल थे। बिल्ली के लिए आपका स्वागत है।

LHC, मुझे पाँच दें!

स्टैंडर्ड मॉडल के अनुसार, ब्रह्मांड के निर्माण खंड छह प्राथमिक कण हैं जिन्हें क्वार्क कहा जाता है (और कुछ अन्य, लेकिन आज यह उनके बारे में नहीं है)। बातचीत की प्रकृति के कारण, क्वार्क व्यक्तिगत रूप से नहीं देखे जाते हैं, लेकिन दो या तीन के समूह में एकत्र किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन तीन क्वार्क से बने होते हैं।

क्या कणों में बड़ी संख्या में क्वार्क होते हैं? यह सवाल आधी सदी पहले पूछा गया था, और LHCb सहयोग से अंतिम उत्तर "हां" इस साल अगस्त में ही दिया गया था। खोज के लिए एक प्रायोगिक चाल की आवश्यकता थी: लार्ज हैड्रोन कोलाइडर ने दो कणों को ऐसी जंगली ऊर्जा से टकराया है कि चारों ओर क्षय उत्पादों का एक विशाल बादल बन जाता है। इस दलिया में व्यक्तिगत उत्पादों के प्रक्षेपवक्र को ट्रैक करना लगभग असंभव है।

सौभाग्य से, अधिकांश क्षय उत्पाद बहुत कम रहते हैं। उनमें से सबसे लंबे समय तक रहने वाले टकराव के बिंदु से दूर जाने का प्रबंधन करते हैं, जहां उनके प्रक्षेपवक्र का निरीक्षण करना बहुत आसान है। उदाहरण के लिए, यह है कि लैम्ब्डा बेरिएन्स कैसे व्यवहार करते हैं: उनके जीवन का समय काफी दूरी से उड़ान भरने और वहाँ प्रतिष्ठित पंखुड़ी और के-मेसन में टूटने के लिए पर्याप्त है। इसलिए, काम के लेखकों ने उद्देश्यपूर्ण रूप से केवल लैम्बडा बैरियन के क्षय की निगरानी की, जिसने उन्हें एक नहीं, बल्कि दो pentaquarks का पता लगाने की अनुमति दी।

स्थानीय यथार्थवाद का अंत

आधुनिक क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, कण ए के साथ जोड़तोड़ बिना किसी संचार चैनल के तुरंत एक मनमाने ढंग से दूर कण बी की स्थिति को बदल सकते हैं। एक अर्थ में, यह सूचना के अतिरेक संचरण को इंगित करता है। आइंस्टीन इसके साथ बिल्कुल नहीं डाल सकते थे: सापेक्षता के विशेष सिद्धांत में, प्रकृति में किसी भी बातचीत की गति प्रकाश की गति से सख्ती से सीमित है। थोड़ी देर बाद, बेल ने एक प्रयोग का प्रस्ताव किया जिसने विरोधाभास को हल करने की अनुमति दी। यह विचार दो उलझे हुए कण बनाने, उनके साथ स्वतंत्र छेड़छाड़ करने और फिर उनके राज्य को मापने का था। संकेत दिया कि आइंस्टीन गलत था; हालांकि, इसमें कुछ खामियां थीं: स्थानीयता का एक

ढोल: कण हेरफेर स्वतंत्र होना चाहिए। सबसे पहले, उन्हें यादृच्छिक होना चाहिए (आपको हार्डवेयर यादृच्छिक संख्या जनरेटर की आवश्यकता होगी); दूसरे, एक हेरफेर से जानकारी उसके पूरा होने से पहले दूसरे तक नहीं पहुंचनी चाहिए (जिसका अर्थ है कि आपको उन्हें एक दूसरे से बहुत दूर अंतरिक्ष में फैलाने की आवश्यकता है)।

डिटेक्शन लूपहोल : आमतौर पर उलझे हुए कण फोटॉन होते हैं, और एकल फोटॉनों की पहचान क्षमता बहुत अधिक नहीं होती है। कई फोटॉन अनिर्धारित रहते हैं, और सिद्धांत रूप में जानकारी संचारित कर सकते हैं। इस खामी को बंद करने के लिए आपको बहुत प्रभावी फोटोडेटेक्टर का उपयोग करने की आवश्यकता है; या फोटॉनों को किसी और चीज़ से बदल दें।

दोनों खामियां अलग-अलग लंबे समय से बंद थीं। इस वर्ष एक प्रयोग में दोनों खामियों को एक साथ बंद करने के द्वारा चिह्नित किया गया था; इसके अलावा, यह एक साथ तीन समूहों द्वारा प्राप्त किया गया था - नीदरलैंड , ऑस्ट्रिया और कोलोराडो में NIST से। यह क्वांटम यांत्रिकी के साथ अच्छी तरह से फिट बैठता है। हालांकि, इस नई खामियों के बाद, इस बार कणों के उलझाव के तंत्र से संबंधित; हालाँकि, यह अभी तक स्पष्ट नहीं है कि वे कितने महत्वपूर्ण हैं।

वायरस के लिए 3 डी एक्स-रे

क्या आप जानते हैं कि डीएनए संरचना की खोज कैसे की गई थी? यह एक अद्भुत कहानी है , जिसमें एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी ने महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। यदि आप एक्स-रे विकिरण के साथ अणु पर चमकते हैं, तो इसके साथ बातचीत के परिणामस्वरूप, यह एक विवर्तन पैटर्न बनाता है जिससे आप अणु की संरचना को पुनर्स्थापित कर सकते हैं। समस्या यह है कि एकल अणु से विवर्तन पैटर्न बहुत फजी है। इसके विपरीत को बढ़ाने के लिए, क्रिस्टल में कई समान अणुओं को इकट्ठा किया जाता है, ताकि उनमें से प्रत्येक से कमजोर सिग्नल को एक मजबूत एक में जोड़ा जा सके।

कुछ अणुओं को एक क्रिस्टल में इकट्ठा करना आसान है, अन्य (जैसे डीएनए) थोड़ा अधिक जटिल हैं। लेकिन क्या होगा अगर अणु बिल्कुल भी क्रिस्टलीकृत न हो? हाल तक, ऐसा लगता था कि इस मामले में कुछ भी नहीं किया जा सकता था। इस वर्ष सब कुछ बदल गया है: दुनिया भर से सहयोगविभिन्न कोणों से एक विशाल mimivirus को रोशन करने और 198 अधिक या कम स्पष्ट विवर्तन पैटर्न प्राप्त करने के लिए एक उज्ज्वल एक्स-रे स्रोत का उपयोग किया। एक जटिल पुनरावृत्ति एल्गोरिथ्म ने इस डेटा को तीन-आयामी छवि में डाल दिया, जिससे वायरस के आकार को निर्धारित करना संभव था। परिणाम 125 एनएम के संकल्प के साथ एक 3 डी मॉडल (निचला दाएं चित्र) था। हालांकि यह बहुत ज्यादा नहीं है, इस काम की मुख्य सफलता यह है कि आधुनिक एल्गोरिदम और उज्ज्वल एक्स-रे स्रोत हमें एक एकल अणु की संरचना का पता लगाने की अनुमति देते हैं।

डार्क एटलस का विश्व एटलस

ब्रह्मांड में इस मामले का एक महत्वपूर्ण हिस्सा डार्क मैटर है - एक अदृश्य पदार्थ जो केवल गुरुत्वाकर्षण बातचीत के अधीन है। इस कारण से, इसकी उपस्थिति को केवल एक अतिरिक्त द्रव्यमान के रूप में पता लगाया जा सकता है, जो उदाहरण के लिए, यह बताता है कि आकाशगंगाओं के किनारों को तेजी से क्यों घूमना चाहिए। और बड़े पैमाने पर वस्तुओं, जैसा कि आप जानते हैं, अंतरिक्ष-समय को मोड़ते हैं। बहुत भारी वस्तुएं (जैसे ब्लैक होल) गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग और आइंस्टीन के पार जाती हैं ; लाइटर वाले - डार्क मैटर के बड़े क्षेत्रों की तरह - थोड़े "स्ट्रेच" चित्र।

इस विशेषता का उपयोग एक बड़े अंतरराष्ट्रीय सहयोग द्वारा डार्क मैटर के बड़े मानचित्र को संकलित करने के लिए किया गया था ।। खगोलविदों ने चिली में टेलीस्कोप के डेटा का विश्लेषण किया, जिससे आकाशगंगाओं की छवि का विस्तार हुआ। यदि उनके मार्ग में बड़े पैमाने पर वस्तुएं नहीं थीं, तो छवियां अविचलित होंगी। डार्क मैटर की उपस्थिति छवि को संपीड़ित करती है और आपको काफी उच्च सटीकता के साथ डार्क मैटर के द्रव्यमान को निर्धारित करने की अनुमति देती है। दो मिलियन आकाशगंगाओं की छवियों का विश्लेषण करने के बाद, खगोलविद ब्रह्मांड में काले पदार्थ के वितरण का एक काफी विस्तृत नक्शा संकलित करने में सक्षम थे। वैसे, यह कार्य डार्क एनर्जी सर्वे के एक बड़े पैमाने पर अध्ययन के हिस्से के रूप में किया जा रहा है, और आज अपेक्षित डेटा का केवल 3% संसाधित किया गया है - जिसका अर्थ है कि आने वाले वर्षों में मानचित्र अधिक विस्तृत हो जाएगा।

Vale की अर्ध धातुएँ

अस्सी साल पहले, गणितज्ञ जर्मन वेइल ने शून्य द्रव्यमान और गैर-शून्य चेरिलिटी के साथ प्राथमिक कणों का वर्णन करने वाला एक समीकरण प्रस्तावित किया था। लेखक के नाम से, उन्हें वेइल के नाम से जाना जाता था। कोई प्राथमिक कण नहीं पाए गए; लेकिन यह पता चला कि एक ही समीकरण कुछ सेमीमीटर में इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार का वर्णन कर सकता है। इस साल, एक ही समय में, प्रिंसटन और बीजिंग के दो समूहों ने पाया कि यह कैसे इलेक्ट्रान टैंटलम आर्सेनाइड (TaAs) में व्यवहार करता है। MIT के एक अन्य समूह ने TaAs आवधिक क्रिस्टल में इलेक्ट्रॉनों का अध्ययन नहीं किया, बल्कि एक मानव निर्मित आवधिक संरचना में फोटॉन - एक फोटॉन क्रिस्टल। वे यह भी देखने में कामयाब रहे कि फोटॉन प्रणाली का व्यवहार वेइल द्वारा की गई भविष्यवाणी से मेल खाता है।

सामान्य तौर पर, टैंटलम आर्सेनाइड में इलेक्ट्रॉनों का व्यवहार ग्राफीन में उनके व्यवहार के समान होता है: दोनों सामग्रियों में इलेक्ट्रॉनों का शून्य प्रभावी द्रव्यमान होता है। यह खोज की संभावना का कारण है: ग्रेफीन की तरह, टैंटलम आर्सेनाइड का उपयोग आवेश वाहकों की विशाल गतिशीलता और अत्यंत कम विद्युत प्रतिरोध के साथ एक सामग्री के रूप में किया जा सकता है।

Qubits - कक्षा में!

प्रकाश का उपयोग करके जानकारी प्रसारित करना आसान और सुविधाजनक है। क्लासिक बिट्स "0" और "1" के लिए यह प्रकाश स्रोत को चालू या बंद करके एनकोड करने के लिए प्रथागत है। क्वांटम बिट्स (क्वैबिट्स) शून्य और एक का एक संयोजन हो सकता है, और प्रकाश ध्रुवीकरण आमतौर पर उनके संचरण के लिए उपयोग किया जाता है: ऊर्ध्वाधर - "0", क्षैतिज - "1", अन्य राज्यों के संयोजन "0" और "1" के अनुरूप हैं। आज, क्वाइट्स को ऑप्टिकल फाइबर (वियना और जेनेवा के पास क्वांटम नेटवर्क 50-80 किमी लंबे) और खुली हवा (150 किमी तक) के माध्यम से सफलतापूर्वक प्रसारित किया जाता है।

क्या आगे भी एक क्वाइल भेजना संभव है? इतालवी सहयोग भेजने के लिए उद्यमउपग्रह के लिए क्विंट फोटॉन, जहां वे कोने परावर्तक से परिलक्षित होते थे और वापस पृथ्वी पर लौट आते थे। प्रयोग का उद्देश्य यह समझना था कि इस तरह की उड़ान के बाद qubit कितना विकृत है, और क्या यह "इसे" पढ़ना संभव होगा। तुलना के लिए पांच अलग-अलग उपग्रहों का उपयोग किया गया था: उनमें से एक ने जानबूझकर ध्रुवीकरण को विकृत कर दिया और अपरिवर्तनीय रूप से qubit को बर्बाद कर देना चाहिए, अन्य चार को विकृतियों का परिचय नहीं देना चाहिए। उम्मीदों की पुष्टि हुई: वातावरण के माध्यम से संचार चैनल शांत हो गया, और हम एक हजार किलोमीटर की उड़ान के बाद क्वांटम जानकारी को पढ़ने में कामयाब रहे। और इसका मतलब है कि अंतरिक्ष में क्वांटम क्रिप्टोग्राफी सिर्फ कोने के आसपास है।

फेरमियन माइक्रोस्कोप

हमारे लिए जाने जाने वाले सभी कण बोसानों (एक पूरी स्पिन के साथ) और फर्मीशन (एक आधे-पूर्णांक स्पिन के साथ) में विभाजित हैं। किसी भी संख्या में बोसॉन समान ऊर्जा स्तर पर कब्जा कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, बोसॉन न्यूनतम ऊर्जा के साथ बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट के साथ एक राज्य पर कब्जा कर रहे हैं; उनकी खोज को नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया, और कई अध्ययनों ने क्वांटम यांत्रिकी और संबंधित क्षेत्रों में बहुत सारी बारीकियों को स्पष्ट किया।

फ़र्म के साथ चीजें इतनी सरल नहीं हैं: पाउली सिद्धांत एक ऊर्जा स्तर पर कब्जा करने के लिए दो से अधिक फ़र्मेशनों को मना करता है। यद्यपि यदि एक दूसरे से (एक माइक्रोन दूरी पर) फ़र्मेशन दूर हैं, तो वे लगभग एक दूसरे को महसूस नहीं करते हैं और एक ही स्तर पर रह सकते हैं। इस साल, एमआईटी , हार्वर्ड और ग्लासगो से तीन प्रयोगशालाएंन्यूनतम ऊर्जा के साथ एक राज्य को कई फ़र्म (लिथियम या पोटेशियम परमाणुओं) को ठंडा करने में कामयाब; उन्हें एक आयताकार जाली के नोड्स में रखें ताकि वे एक-दूसरे के साथ "हस्तक्षेप" न करें और सफलतापूर्वक तस्वीर (यह एक अलग कला है)। भविष्य की योजनाएं पड़ोसी नोड्स में एक दूसरे के साथ बातचीत करने के लिए मजबूर कर रही हैं। यह भौतिकी में एक नया पृष्ठ खोलेगा और विभिन्न प्रणालियों में इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार (जो कि भी उपद्रव हैं) का अनुकरण करने की अनुमति देगा। उदाहरण के लिए, सुपरकंडक्टर्स के सिमुलेशन उनकी विशेषताओं पर प्रकाश डाल सकते हैं और नए उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स के निर्माण की अनुमति दे सकते हैं।

गेंदों को उड़ाने का समय

ऐसा लगता है कि एक फटने वाले गुब्बारे में क्या दिलचस्प हो सकता है? यह पता चला है कि विभिन्न संरचनाओं में दोष प्रसार की प्रक्रियाओं को समझने के लिए यह महत्वपूर्ण हो सकता है; और गेंद इस तरह की जांच के लिए एक आदर्श मॉडल प्रणाली है: इसमें एक पैसा खर्च होता है और इसके साथ काम करना अविश्वसनीय रूप से आसान है। इसने पेरिस के शोधकर्ताओं को प्रेरित किया , जिन्होंने पाया कि गेंद पूरी तरह से अलग-अलग तरीकों से फटती है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि यह कितना फुलाया गया है।

फुलाए गए बॉल की ऊर्जा शेल के लोचदार तनाव के रूप में संग्रहीत होती है; एक पंचर आपको इस तनाव को दूर करने और शेल को उसके मूल रूप में वापस करने की अनुमति देता है। यह पता चला है कि एक पंचर के साथ, गेंद सबसे तेजी से संभव तरीके से संग्रहीत ऊर्जा से छुटकारा पाने की कोशिश करती है। यदि म्यान तनाव छोटा है (कहते हैं, यदि आप एक सुई के साथ थोड़ा फुलाया हुआ गेंद लेते हैं), तो पंचर दो दिशाओं में फैलता है जब तक कि सभी हवा नहीं निकलती। यदि शेल तनाव अधिक था (हमने फटने तक गेंद को फुलाया), तो ऊर्जा को जल्दी से मुक्त करने के लिए एक भी ब्रेक पर्याप्त नहीं है। यह एक नहीं, बल्कि कई अंतरालों में एक पंचर से फैलने वाले रूप में फायदेमंद हो जाता है:

गेंद को जितना अधिक फुलाया जाता था, उतनी ही अधिक रेडियल डिसकंटीनिटी बनती हैं। यह प्रतीत होता है कि जिज्ञासु परिणाम विभिन्न प्रणालियों में दोषों और समान दोषों के विखंडन और व्यवहार का अध्ययन करने के लिए बहुत दिलचस्प निकला। पहले के शोध (मुख्यतः सैद्धांतिक) अंतरविरोधों को जोड़ने या विलय के व्यवहार के लिए समर्पित थे। एक नए काम ने ऐसे दोषों के विभाजन के लिए अपनी आँखें खोलीं।

इन खोजों को निवर्तमान वर्ष द्वारा याद किया गया था। हमें उम्मीद है कि आने वाला वर्ष कम दिलचस्प नहीं होगा))।

वर्ष के भौतिक परिणाम