नमस्कार Giktayms! यह अमेरिकी भौतिक समुदाय के साथ 2017 के वैज्ञानिक निष्कर्षों का जायजा लेने का समय है। इस बार, एपीएस संपादकों ने अपना सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन किया और मौलिक विज्ञान की नवीनतम उपलब्धियों का एक अत्यंत मनोरंजक चयन तैयार किया। आज हम उनके बारे में अधिक विस्तार से बात करेंगे।

गुरुत्वीय-तरंग खगोल और सर्व-सर्व

नोबेल पुरस्कार के साथ, गुरुत्वाकर्षण-तरंग खगोल विज्ञान ने नया आश्चर्य पैदा किया। यूरोपीय उन्नत कन्या दो LIGO गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टरों में शामिल हो गई । अब अमेरिकी डिटेक्टरों की टिप्पणियों को एक अलग महाद्वीप पर स्थित एक अलग डिजाइन के उपकरण द्वारा स्वतंत्र रूप से पुष्टि की जा सकती है। इसके अलावा, तीन डिटेक्टरों की उपस्थिति आपको गुरुत्वाकर्षण तरंगों के स्रोत की दिशा निर्धारित करने की अनुमति देती है। हमें लंबे समय तक इंतजार करने की जरूरत नहीं थी: पहले से ही 14 अगस्त को, सभी तीन डिटेक्टरों ने दो ब्लैक होल के विलय से अगला संकेत दर्ज किया था , जिनमें से स्थान (आंकड़ा में हरा मार्कर) दो डिटेक्टरों की तुलना में अधिक सटीक रूप से निर्धारित किया जा सकता है।

और तीन दिन बाद, डिटेक्टरों ने एक नई घटना देखी - इस बार ब्लैक होल नहीं, बल्कि न्यूट्रॉन सितारों का विलय। एक भाग्यशाली संयोग से, एक साथ इस घटना के साथ, बड़ी संख्या में दूरबीनों ने पूरे स्पेक्ट्रम में तारों के विलय से एक फ्लैश देखा - रेडियो से लेकर गामा विकिरण तक। एक साथ प्रकाश और गुरुत्वाकर्षण तरंगों को पंजीकृत करने की क्षमता खगोल विज्ञान के लिए एक अविश्वसनीय सफलता है, जिसका अर्थ है कि निकट भविष्य में खगोल भौतिकीविद् निश्चित रूप से ऊब नहीं होंगे।

हम एक समय क्रिस्टल तैयार कर रहे हैं

भौतिक विज्ञान में इस तरह की एक मौलिक घटना है, जो सहज समरूपता को तोड़ती है : यह तब होता है जब किसी प्रणाली की जमीनी ऊर्जा स्थिति इसका वर्णन करने वाले समीकरणों में निहित समरूपता खो देती है। सबसे स्पष्ट उदाहरण एक क्रिस्टल है: यह एक साधारण स्थान को बदलता है, जिसके सभी बिंदु एक दूसरे के साथ समान हैं, एक संरचना में एक कड़ाई से परिभाषित अवधि के साथ। वैज्ञानिक रूप से थोड़ा और बोलते हुए, एक क्रिस्टल अंतरिक्ष के निरंतर अनुवाद संबंधी समरूपता को तोड़ता है, जिससे यह असतत हो जाता है। चूंकि अंतरिक्ष और समय एक ही तरह की इकाइयां हैं, इसलिए सवाल उठता है: क्या समय के लिए एक समान क्रिस्टल बनाना संभव है - यानी, सिस्टम की जमीनी स्थिति को स्थिर बनाने के लिए नहीं, बल्कि समय-समय पर बदलते रहना? अंतर्ज्ञान से पता चलता है कि नहीं: बदलती प्रणाली में आमतौर पर गैर-शून्य गतिज ऊर्जा होती है, और इसलिए यह जमीन ऊर्जा की स्थिति में नहीं होती है। हालांकि, 2012 में यह दिखाया गया था कि यदि सिस्टम की गति गैर-रैखिक रूप से गति पर निर्भर करती है, तो यह संभव हो जाता है। जल्द ही, यह निष्कर्ष क्वांटम सिस्टम के मामले में सामान्यीकृत किया गया।

बाद में यह स्पष्ट हो गया कि थर्मल संतुलन में, समय क्रिस्टल अभी भी मौजूद नहीं हो सकते हैं। हालांकि, अगर सिस्टम पर एक बाहरी आवधिक प्रभाव डाला जाता है, तो यह असतत समय क्रिस्टल बनाने के लिए वास्तविक हो जाता है - यह समय-समय पर अपनी स्थिति भी बदलता है, लेकिन क्या यह बाहरी गड़बड़ी की तुलना में कई गुना धीमा है। दूसरे शब्दों में, यदि एक फूरियर श्रृंखला में समय क्रिस्टल की प्रतिक्रिया का विस्तार किया जाता है, तो हम बाहरी प्रभाव के एक सबमरोनिक्स पर एक संकेत देखेंगे। पिछले साल, दो टीमों ने इसका एक प्रयोगात्मक अवलोकन प्रकाशित किया । मैरीलैंड और बर्कले के सहयोग ने इसके लिए ytterbium आयनों की एक श्रृंखला का उपयोग किया , समय-समय पर परमाणु दालों पर अभिनय करते हुए एक अवधि टी के साथ लेजर दालों का उपयोग किया । दालों के बीच के अंतराल में, आयनों ने एक दूसरे के साथ इस तरह से बातचीत की कि पूरे सिस्टम का विकास 2T की अवधि के साथ हुआ। यह समय के क्रिस्टल के गठन का मुख्य प्रमाण था। ठीक एक महीने बाद, हार्वर्ड के एक समूह ने हीरे में एनवी केंद्रों के एक समूह के साथ एक समान प्रयोग की सूचना दी , जिसमें से spins माइक्रोवेव दालों द्वारा उत्साहित थे। यहाँ, लेखक एक दो गुने और तिगुने अवधि के साथ दोलनों का निरीक्षण करने में कामयाब रहे। मौलिक महत्व के अलावा, ये काम क्वांटम सिस्टम की गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए नई संभावनाओं को खोलते हैं, और क्वांटम राज्यों के भंडारण के लिए भी दिलचस्प हो सकते हैं।

क्वांटम दुनिया में कारण

यदि दो घटनाएं एक-दूसरे के साथ संबंध बनाती हैं, तो एक दूसरे का कारण हो सकता है। या शायद नहीं। कहते हैं कि जापान और चिली में सुनामी की मात्रा के बीच एक निश्चित संबंध है; दोनों में से कोई भी दूसरे को प्रभावित नहीं करता है, क्योंकि दोनों का अलग-अलग मूल कारण है - प्रशांत महासागर में भूकंप। रीचेनबैक सिद्धांत कभी-कभी सहसंबद्ध घटनाओं की कार्य-क्षमता को समझने में मदद करता है: यदि यह ज्ञात हो कि दो घटनाओं का मूल कारण आ गया है, तो उनके बीच का संबंध गायब हो जाता है।

क्वांटम दुनिया बहुत अधिक जटिल है। कई घटनाओं का मूल कारण (उदाहरण के लिए, उलझे हुए कणों के सहसंबंध) लंबे समय से पर्यवेक्षक के लिए दुर्गम छिपे हुए मापदंडों में मांगा गया है। हालांकि, बेल की असमानताओं के अध्ययन पर किए गए प्रयोगों से पता चला है कि कोई भी छिपे हुए पैरामीटर नहीं हैं (कम से कम किसी भी प्रजाति को हम जानते हैं)। इसलिए, क्वांटम दुनिया में, सवाल ही अलग ढंग से संरचित है: कारण क्या नहीं है , लेकिन सामान्य रूप से क्वांटम कारण क्या है । ब्रिटेन और कनाडा के सहयोग ने इस मुद्दे पर प्रगति की है। लेखकों ने रेइचेंबाक सिद्धांत को फिर से परिभाषित करने का प्रस्ताव दिया , जो निर्धारक शास्त्रीय विकास से एकात्मक विकास तक बढ़ रहा है, जो क्वांटम सिस्टम का पालन करता है। परिणाम क्वांटम कारण का सख्ती से वर्णन करने में सक्षम पहला सुसंगत मॉडल था। गणित के बावजूद, यह काम क्वांटम सहसंबंधों की प्रकृति पर प्रकाश डालता है और संभवतः, एक कारण भाषा में क्वांटम घटना की कल्पना करने का अवसर प्रदान करेगा।

वाई-फाई: एक रडार जो हमेशा आपके साथ होता है

वाई-फाई मॉड्यूल के रेडार को पास की वस्तुओं में इस्तेमाल करने का विचार नया नहीं है (उदाहरण के लिए, 2005 का काम )। व्यवहार में, वाई-फाई ट्रांसमीटरों की मूलभूत सुविधाओं से सब कुछ जटिल है। सबसे पहले, वे, रडार के विपरीत, सभी दिशाओं में विकीर्ण करते हैं। यह आसपास की वस्तुओं से कई प्रतिबिंब बनाता है और सिग्नल के विश्लेषण को बहुत जटिल करता है। सिद्धांत रूप में, छोटी दालों को भेजकर कार्य को सरल बनाया जा सकता था - लेकिन संकीर्ण-बैंड वाई-फाई के कारण यह मुश्किल है।

समस्या का एक मूल समाधान म्यूनिख के तकनीकी विश्वविद्यालय के एक समूह द्वारा प्रस्तावित किया गया था। वे अध्ययन के तहत वस्तु के पीछे तरंग को रिकॉर्ड करते हैं, और फिर ऑप्टिकल होलोग्राफी के लिए प्रसिद्ध एल्गोरिदम का उपयोग करके इसके आकार को फिर से संगठित करते हैं। प्रयोग में, संकल्प 5 गीगाहर्ट्ज़ की आवृत्ति पर वाई-फाई राउटर के लिए लगभग 3 सेमी था। एक अच्छा बोनस तथ्य यह है कि स्रोत किसी भी संकेत को संचारित कर सकता है - पुनर्निर्माण किसी भी मामले में काम करेगा। कठिनाइयों में से - वेवफ्रंट रिकॉर्डिंग को पिक्सेल द्वारा किया जाना है, भौतिक रूप से रिसीवर को स्थानांतरित करना। रिसीवर की एक सरणी का उपयोग करके फ्रेम दर को 10 एफपीएस तक बढ़ाकर इस प्रक्रिया को काफी सरल बनाया जाएगा।

सुपरकंडक्टर्स का मुकाबला करें

सबसे उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स अभी भी कप्रेट हैं - ऐसे यौगिक जिनमें कॉपर ऑक्साइड शामिल हैं, जैसे YBaCuO। चैंपियन सुपरकंडक्टिंग राज्य में पहले से ही 134 K (-139 ,) पर जाते हैं, जबकि इस अतिचालकता की प्रकृति अभी भी सवाल में है। किसी भी मामले में, यह माना जाता था कि यह बीसीएस सिद्धांत द्वारा वर्णित नहीं है, जो कई अन्य सुपरकंडक्टर्स (उन्हें टाइप II सुपरकंडक्टर्स भी कहा जाता है) के साथ काम करते समय खुद को साबित कर चुका है। विशेष रूप से, बीसीएस सिद्धांत एब्रिकोसोव भंवरों के अस्तित्व की भविष्यवाणी करता है, जिसके सर्किट के साथ एक निरंतर प्रवाह होता है, जबकि भंवर के अंदर अतिचालकता गायब हो जाती है। इस तरह के भंवर एक चुंबकीय क्षेत्र में दिखाई देते हैं, जो एक सुपरकंडक्टर में मौजूद नहीं हो सकता है, लेकिन आसानी से एक नॉनसुपरकोन्डक्टिंग भंवर में घुस जाता है। Abrikosov के भंवर प्रयोगात्मक रूप से II सुपरकंडक्टर्स (बीसीएस सिद्धांत की पुष्टि) में देखे गए हैं, और कभी भी कपट में नहीं देखा गया है।

दरअसल, इस साल तक उन पर ध्यान नहीं दिया गया। पहली बार स्विट्जरलैंड और जर्मनी के सहयोग ने कपेट Y123 में सुपरकंडक्टिंग भंवरों की उपस्थिति का प्रदर्शन किया । ऐसा करने के लिए, लेखकों ने एक स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप का उपयोग किया, जिसके साथ उन्होंने 90x90 एनएम ^{2 के} एक क्षेत्र पर नमूने की चालकता को मापा और एक क्रमबद्ध जाली का भंवर (आकृति में) पाया। कई प्रायोगिक कठिनाइयों और अस्पष्टताओं के बावजूद (मुख्य रूप से nonsuperconducting इलेक्ट्रॉनों से संकेत के योगदान के कारण), इन भंवरों के मनाया गुणों को बीसीएस सिद्धांत द्वारा अच्छी तरह से वर्णित किया गया है, जो उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी की प्रकृति पर प्रकाश डाल सकता है। इसके अलावा, दृष्टिकोण, जो समग्र सिग्नल में गैर-अतिचालक इलेक्ट्रॉनों के योगदान को ध्यान में रखता है, भविष्य के अनुसंधान के लिए बेहद महत्वपूर्ण होगा।

प्रोटॉन स्पिन को ग्लून्स का योगदान

सर्न में कम्पास स्पेक्ट्रोमीटर, जिस पर प्रोटॉन स्पिन में क्वार्क का योगदान मापा गया था। तस्वीर यहीं से है ।

परमाणुओं के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, जिनमें से प्रत्येक, तीन क्वार्क से बना होता है। प्रोटॉन में एक स्पिन (आंतरिक चुंबकीय क्षण) (के बराबर होता है; बिल्कुल वही क्वार्क स्पिन। विशेष रूप से आश्चर्यचकित करने वाले प्रयोगों के परिणाम हैं जिन्होंने दिखाया कि प्रोटॉन की कुल स्पिन क्वार्क के स्पिन द्वारा निर्धारित केवल 30% है। इसके कारण स्पष्ट नहीं हैं, साथ ही साथ शेष स्पिन की प्रकृति भी; हालांकि पर्याप्त उम्मीदवार हैं - ये आभासी क्वार्क-एंटीकार्क जोड़े हैं, और कणों की कक्षीय गति, और निश्चित रूप से ग्लून्स - मजबूत बातचीत के वाहक जो क्वार्क को एक साथ रखते हैं।

इस साल, चार अमेरिकी विश्वविद्यालयों के सहयोग ने पहली बार ग्लून्स से स्पिन के योगदान की गणना की । यह एक अनुपात-लौकिक जाली पर क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स के परिष्कृत संख्यात्मक सिमुलेशन का उपयोग करके किया जाता है। यह पता चला कि ग्लून्स की कुल स्पिन 0.25 - 0.05 है - दूसरे शब्दों में, ग्लूऑन लगभग आधे प्रोटिन स्पिन को निर्धारित करते हैं! क्वार्क से बहुत छोटा योगदान, जाहिरा तौर पर, कोणीय गति के स्थानांतरण से क्वार्क को आभासी क्वार्क-एंटिकार्क जोड़े और पियन्स के एक बादल के हस्तांतरण के कारण होता है; इस प्रक्रिया में ग्लून्स की भूमिका महत्वहीन थी। सामान्य तौर पर, इन गणनाओं ने प्रोटॉन की आंतरिक संरचना को बेहतर ढंग से समझना संभव बना दिया और भविष्य के अमेरिकी इलेक्ट्रॉन-आयन कोलाइडर के लिए उनकी प्रयोगात्मक पुष्टि की योजना बनाई गई है।

डार्क मैटर की तलाश में

जैसा कि आप जानते हैं, एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड भी एक इलेक्ट्रोड है, और एक नकारात्मक परिणाम भी एक परिणाम है। पिछले 16 महीनों में, तीन सबसे बड़े डार्क मैटर डिटेक्टर (इतालवी XENON1T, चीनी पांडा-II और अमेरिकन लक्स) WIMPs के किसी भी निशान का पता लगाने में सक्षम नहीं हुए हैं - कण जो कथित तौर पर डार्क मैटर बनाते हैं। यह स्पष्ट रूप से दिखाता है कि WIMPs के बारे में मौजूदा सैद्धांतिक विचार अभी भी वास्तविकता से दूर हैं। एलएचसी पर सुपरसिमेट्री की असफल खोज को देखते हुए, कोई भी इन काल्पनिक कणों के अस्तित्व पर सवाल उठाता है।

WIMPs की खोज पर प्रयोगों का सार काफी सरल है: उनके डिटेक्टर तरल क्सीनन के साथ विशाल कंटेनर हैं, जो गहरे भूमिगत स्थित हैं, ब्रह्मांडीय विकिरण से रक्षा करते हैं। क्सीनन परमाणु के साथ एक भारी वाइप के संपर्क में प्रकाश का प्रवाह होता है और इलेक्ट्रॉनों की पीढ़ी होती है, जो कि कैपिटेलेंस के ऊपर और नीचे फोटोमल्टीप्लायर द्वारा पता लगाया जाता है। WIMPs की ऊर्जा पर सैद्धांतिक सीमाओं को जानने के बाद, प्रति यूनिट समय में घटनाओं की अपेक्षित संख्या का अनुमान लगा सकते हैं। तथ्य यह है कि दर्ज की गई ऐसी बहुत कम घटनाओं का मतलब है कि WIMP के गुण पूर्वानुमानित लोगों से बहुत अलग हैं। जाहिर है, अगर WIMPs मौजूद हैं, तो उनके पास परमाणुओं (या शायद दोनों) के लिए एक अलग द्रव्यमान या एक अलग बिखरने वाला क्रॉस सेक्शन है, जिसका अर्थ है कि डिटेक्टरों की नई पीढ़ियों को उनकी खोज करने की आवश्यकता होगी।

मशीन लर्निंग सामयिक स्थितियों को पहचानता है

भौतिकी में सामयिक प्रभाव एक अत्यंत सामयिक विषय है जिसे उंगलियों पर समझाना अविश्वसनीय रूप से कठिन है। यही कारण है कि यह व्यावहारिक रूप से लोकप्रिय विज्ञान साहित्य में शामिल नहीं है (और यह जबरदस्त सफलताओं के बावजूद कम से कम ग्राफीन, क्वांटम हॉल प्रभाव, या 2016 के नोबेल पुरस्कार के बारे में याद करने के लिए है)। संक्षेप में, अलग-अलग टोपोलॉजिकल अवस्थाओं को सिस्टम के सुचारू रूप से निरंतर परिवर्तन द्वारा एक दूसरे में अनुवाद नहीं किया जा सकता है, जो उन्हें किसी भी गड़बड़ी के खिलाफ बेहद स्थिर बनाता है। सबसे सरल उदाहरण परमाणुओं का एक दो-आयामी जाल है, जिसका गोला या तो बनता है या भंवर नहीं बनता है:

चित्र यहाँ से

गणितीय रूप से, ये अवस्थाएँ टोपोलॉजिकल चार्ज में भिन्न होती हैं - इस मामले में, एक प्लस चिन्ह के साथ सिस्टम में भंवरों की संख्या अगर भंवरों को दक्षिणावर्त और शून्य से वामावर्त घुमाया जाता है। बाईं ओर का चार्ज 0 है, और दाईं ओर -1 है। यदि टोपोलॉजिकल शुल्क अलग-अलग हैं, तो राज्य आसानी से एक-दूसरे में नहीं जा सकते हैं। कठिनाई यह है कि टोपोलॉजिकल चार्ज की गणना करना बहुत मुश्किल हो सकता है। उदाहरण के लिए, यदि भंवर का आकार बहुत बड़ा है, और यह सीमाओं पर कहीं मुड़ जाता है, तो चार्ज की गणना करने के लिए, आपको सिस्टम के सभी परमाणुओं का अध्ययन करना होगा। लेकिन ऐसे टोपोलॉजिकल चार्ज हैं जो गणना करने के लिए बहुत अधिक जटिल हैं, नई टोपोलॉजिकल सामग्रियों की गणना लगभग असहनीय है।

कॉर्नेल और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के सिद्धांतकारों ने इस समस्या के समाधान का प्रस्ताव दिया । इसका सार यह है कि, अध्ययन किए गए क्रिस्टल जाली के आधार पर (अधिक सटीक रूप से, इसकी इलेक्ट्रॉन घनत्व - इलेक्ट्रॉनिक घनत्व), वास्तव में, बढ़ते आकार के आकृति पर विशेष अभिन्न की एक बहुआयामी सरणी (QLT छवि) उत्पन्न होती है। यह आपको सामयिक गुणों की मान्यता के लिए पर्याप्त जाली क्षेत्र को कवर करने की अनुमति देता है। उसके बाद, एक बहुआयामी सरणी एक पूर्व-प्रशिक्षित एकल-परत तंत्रिका नेटवर्क के इनपुट को खिलाया जाता है, जो यह निष्कर्ष निकालता है कि राज्य सामयिक है या नहीं। पारंपरिक तरीकों की तुलना में, यह विधि बहुत उत्पादक बन गई, और लेखकों ने संघनित पदार्थ भौतिकी के लिए मशीन लर्निंग के अनुप्रयोगों को विकसित करने की योजना बनाई है।