नए साल की छुट्टियां समाप्त हो रही हैं, जिसका मतलब है कि अमेरिकी भौतिक समुदाय के साथ वर्ष का जायजा लेने का समय है। वर्ष सभी मोर्चों पर दिलचस्प निकला - दोनों मौलिक खोजों और तकनीकी उपलब्धियों।

डिस्कवरी ऑफ़ द इयर: सुपरकंडक्टिविटी इन ग्राफीन

शायद वर्ष की मुख्य खोज दो-परत ग्राफीन की अतिचालकता थी। नीचे की रेखा सरल है: ग्रेफीन की एक शीट लें, उस पर एक और शीट डालें, एक मामूली कोण पर घुमाया। लगभग 1.1 ° के "मैजिक" कोण के साथ, संरचना लगभग 1 K के तापमान पर सुपरकंडक्टिंग बन जाती है। यह तापमान किसी भी व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए बहुत कम है, और उद्घाटन लुगदी पूरी तरह से अलग है: यह पता चला है कि सुपरकंडक्टिंग दो-परत ग्राफीन बिल्कुल उसी तरह से व्यवहार करता है। उच्च तापमान अतिचालक।

यह याद रखने योग्य है कि उच्च-तापमान अतिचालकता की प्रकृति अभी भी समझ से बाहर है, और यह केवल YBaCuO प्रकार के जटिल क्रिस्टल में देखी गई थी। इस तरह के पदार्थ का अनुकरण करने के लिए यह समझने के लिए कि इसमें क्या हो रहा है, लगभग असंभव कार्य है। इसलिए, यह तथ्य कि अतुलनीय सरल ग्राफीन प्रकृति की आधी सदी के रहस्य पर प्रकाश डाल सकता है, सुखद आश्चर्य से अधिक है। और ग्राफीन के साथ काम करने के लिए बहुत अधिक सुविधाजनक है - इसे चुंबकीय / विद्युत क्षेत्रों में रखा जा सकता है, विभिन्न कोणों पर घुमाया जा सकता है, यह सब एक से अधिक बार किया गया है और अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है, इसलिए इसके साथ तुलना करने के लिए कुछ है।

अभी तक क्या हो रहा है, इसकी कोई स्पष्ट समझ नहीं है, लेकिन मूल विचार स्पष्ट है: ग्रेफीन की दो शीटों के आवेदन से एक जटिल पैटर्न बनता है जो दसियों परमाणुओं की दूरी पर दोहराता है (चित्र में पीली लाइनें)। यह एक आवधिक सुपरलैटिस बनाता है, जो ग्राफीन के ऊर्जा क्षेत्रों को प्रभावित करता है और "जादू" कोण पर सुपरकंडक्टिविटी की ओर जाता है। दुनिया भर के दर्जनों वैज्ञानिक समूहों द्वारा बिलीयर सामग्री के साथ काम पहले ही कर लिया गया है, और, जाहिर है, आने वाले वर्षों में हमारे पास दिलचस्प परिणाम होंगे।

वर्ष का आश्चर्य: न्यूट्रिनो दोलन

न्यूट्रिनोस अल्ट्रालाइट प्राथमिक कण हैं जो अक्सर परमाणु प्रतिक्रियाओं में दिखाई देते हैं। आज, हम तीन प्रकार के न्यूट्रिनो (इलेक्ट्रॉन, म्यूऑन और ताऊ न्यूट्रिनो) के बारे में जानते हैं। और वे मक्खी पर एक प्रकार से दूसरे प्रकार तक "बारी" कर सकते हैं - इस अद्भुत प्रभाव को न्यूट्रिनो दोलन कहा जाता है (हैबे पर अच्छी समीक्षा थी), और इसकी खोज को 2015 के नोबेल पुरस्कार द्वारा चिह्नित किया गया था।

इस बार, फर्मीलाब से दिलचस्प खबर आई । MiniBooNE प्रयोग में, म्यूऑन न्यूट्रिनो उत्पन्न हुए और इलेक्ट्रॉनिक में उनके रूपांतरण का अध्ययन किया गया। यह पता चला है कि न्यूट्रिनो दोलन अपेक्षा से बहुत अधिक बार हुए हैं। सबसे सरल व्याख्याओं में से एक चौथे प्रकार के न्यूट्रिनो का अस्तित्व है - तथाकथित बाँझ न्यूट्रिनो । अन्य प्रकारों के विपरीत, बाँझ न्यूट्रिनो केवल गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से आसपास के पदार्थ के साथ बातचीत करते हैं (इसलिए, उन्हें सीधे पता लगाना लगभग असंभव है), लेकिन वे न्यूट्रिनो दोलनों की आवृत्ति को प्रभावित कर सकते हैं।

सिद्धांत रूप में, ऐसे सिद्धांत लंबे समय से ज्ञात हैं; हालाँकि, न्यूट्रिनो के एक नए प्रकार की शुरूआत में प्राथमिक कणों के मानक मॉडल में काफी बदलाव होता है। अब शोधन प्रयोगों की योजना बनाई गई है (फर्मिनब में माइक्रोब्यूएन, कलिनिन एनपीपी में डीएएनएसएस), और बाँझ न्यूट्रिनो का सवाल अब तक खुला है।

वर्ष की पहेली: डार्क मैटर

जैसा कि हम जानते हैं, ब्रह्मांड के एक महत्वपूर्ण हिस्से में अंधेरे पदार्थ होते हैं - अज्ञात प्रकृति का एक अदृश्य पदार्थ, जो आकाशगंगाओं के थोक बनाता है। लंबे समय तक, डार्क मैटर की भूमिका के लिए मुख्य उम्मीदवार WIMPs था - अज्ञात विशाल प्राथमिक कण केवल गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से बाहरी दुनिया के साथ बातचीत करते हैं (जैसे, उदाहरण के लिए, उपर्युक्त बाँझ न्यूट्रिनो)। उनकी खोज के लिए कई अलग-अलग डिटेक्टर बनाए गए थे, लेकिन उनमें से एक भी सकारात्मक परिणाम नहीं लाया था, इसलिए अब ब्याज धीरे-धीरे अन्य संभावित स्पष्टीकरणों की ओर बढ़ रहा है।

सबसे आसान विकल्प, हॉकिंग द्वारा आधी सदी पहले रखा गया, ब्लैक होल होगा - वे सिर्फ बड़े पैमाने पर और अदृश्य हैं। उदाहरण के लिए, परमाणुओं की उपस्थिति से पहले, ब्रह्मांड के भोर में 10 ^-8 से 10 सौर द्रव्यमान तक वजन वाले प्राथमिक ब्लैक होल बन सकते थे। यदि ऐसी वस्तुएं मौजूद हैं, तो समय-समय पर हमें यह देखना चाहिए कि वे तारों के दृश्यमान डिस्क से कैसे गुजरते हैं, गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग के कारण उनके आकार और चमक को विकृत करते हैं।

पिछले वर्ष के कार्यों में से एक में, लेखकों ने मनाया प्रकार 1 ए सुपरनोवा के समान विकृतियों की तलाश की। कोई फायदा नहीं हुआ। इसका मतलब है कि 0.01 से अधिक सौर द्रव्यमान वाले प्राथमिक ब्लैक होल स्पष्ट रूप से सभी मनाया अंधेरे पदार्थ की व्याख्या करने के लिए पर्याप्त नहीं हैं। हालांकि, वे इसका कुछ हिस्सा बना सकते हैं।

एक और दिलचस्प परिणाम इंटरस्टेलर हाइड्रोजन के अवशोषण का अध्ययन था । यह पता चला कि ब्रह्मांड के कुछ शुरुआती चरणों में, हाइड्रोजन मॉडल की भविष्यवाणी की तुलना में बहुत ठंडा था। इसके लिए सबसे तार्किक व्याख्या अन्तरिक्षीय गैसों का ठंडा होना है जो डार्क मैटर कणों के साथ पारस्परिक क्रिया के कारण होती है। यह अपनी प्रकृति पर प्रकाश नहीं डालता है, बल्कि ब्लैक होल के साथ परिकल्पना के खिलाफ गवाही देता है। संक्षेप में, अभी तक अंधेरे पदार्थ की खोज एक क्लासिक वैज्ञानिक रहस्य बनी हुई है: कुछ भी स्पष्ट नहीं है, लेकिन बहुत उत्सुक है।

वर्ष के संरक्षक: हिग्स बोसोन और स्टैंडर्ड मॉडल

2012 में हिग्स बोसॉन की खोज के बारे में सभी ने सुना। कार्य एक आसान नहीं था, यह जांचना और भी कठिन हो गया था कि क्या हम मानक मॉडल और अन्य प्राथमिक कणों के साथ बातचीत की विशेषताओं में इसकी भूमिका को सही ढंग से समझते हैं या नहीं। सिद्धांत के अनुसार, उत्तरार्द्ध के बढ़ते द्रव्यमान के साथ fermions के साथ बातचीत का बल बढ़ता है, इसलिए उनमें से सबसे भारी के साथ बातचीत का निरीक्षण करना सबसे आसान है। दरअसल, इस विषय पर पिछले वर्ष दो परिणामों द्वारा चिह्नित किया गया था।

सबसे पहले, सर्न के एटलस और सीएमएस सहयोगों ने शीर्ष क्वार्क और शीर्ष एंटीकार्क (तथाकथित ttH प्रक्रिया) की एक जोड़ी के साथ हिग्स बोसोन के जन्म का प्रदर्शन किया । इसका रास्ता कांटेदार था, एक समय में ऐसा लगता था कि ttH प्रक्रिया की भविष्यवाणी ( अच्छी समीक्षा ) की तुलना में अधिक होने की संभावना थी, लेकिन 2018 के परिणाम बताते हैं कि सब कुछ मानक मॉडल के साथ पूर्ण रूप से सहमति में है।

उसी सहयोग से दूसरा परिणाम हिग्स बोसोन का क्षय और एक एंटीकार्क में क्षय है। यहां सिद्धांत समान है: क्षय उत्पादों को जितना भारी होगा, उतना ही अधिक होने की संभावना है। हालांकि, हिग्स बोसोन में सबसे भारी शीर्ष क्वार्क और शीर्ष एंटीकार्क में क्षय करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं है, इसलिए, बी-क्वार्क और बी-एंटिकार्क के लिए सबसे अधिक संभावित (58%) क्षय है। समस्याओं को इस तथ्य से जोड़ा गया था कि कोलाइडर में प्रोटॉन टकराते हुए समान क्वार्क-एंटीकार्क जोड़े में क्षय करते हैं, इसलिए हमें चालाक प्रयोगात्मक परिस्थितियों का चयन करना था जिसके तहत प्रोटॉन टकराव से शोर कम से कम था। और फिर, परिणाम मानक मॉडल की भविष्यवाणियों के साथ मेल खाता है - इसलिए स्पष्ट रूप से इस क्षेत्र में कोई नई भौतिकी की उम्मीद नहीं की जा सकती है।

स्पुतनिक ऑफ द ईयर: माइक्रियस

कुछ साल पहले मैंने चीनी क्वांटम उपग्रह माइक्रियस के प्रक्षेपण के बारे में बात की थी । इस समय के दौरान, उन्होंने सफलतापूर्वक बीजिंग और वियना के बीच क्वांटम कुंजी वितरण का प्रदर्शन करते हुए , उपग्रह क्वांटम इंटरनेट का मार्ग प्रशस्त किया। ग्राउंड स्टेशन पर उपग्रह के पारित होने के दौरान कुंजी उत्पन्न होती है, बिटरेट 3-9 kb / s है, जो एक मार्ग में 50 से 100 किलोबाइट की लंबाई के साथ एक कुंजी देता है।

क्वांटम इंटरनेट का प्रदर्शन कम सुंदर नहीं था। जैसा कि आपको याद है, रेडियो पर प्रसारित पहला संदेश "हेनरी हर्ट्ज़" नाम था जिसे मोर्स ने रिपीट किया था। परंपरा को जारी रखते हुए, उपग्रह क्वांटम इंटरनेट पर पहला संदेश चीनी दार्शनिक मो-त्ज़ु (एक उपग्रह का नाम उसके नाम पर) और एडविन श्रोडिंगर (जो वियना में रहते थे) की तस्वीरें थीं।

अगला प्रदर्शन चीन और ऑस्ट्रिया के विज्ञान अकादमियों के बीच वीडियो कॉन्फ्रेंसिंग का एन्क्रिप्शन था। एईएस एल्गोरिथ्म का उपयोग करके वीडियो को एन्क्रिप्ट किया गया था, जिसमें से 128-बिट कुंजी हर सेकंड में बदल गई थी। नतीजतन, 75 मिनट तक चलने वाले वीडियो कॉन्फ्रेंस के लिए केवल 72 किलोबाइट गुप्त कुंजी का उपयोग किया गया था।

बहुत दूर के भविष्य में, नए उपग्रह के साथ मिकियस का व्यवसाय जारी रहेगा। यह 1550 एनएम के तरंग दैर्ध्य में उलझा हुआ फोटॉनों को उत्पन्न करेगा, जहां सूर्य से रोशनी थोड़ी कम होगी, और वातावरण का संचरण वर्तमान 850 एनएम की तुलना में थोड़ा अधिक होगा। नए ग्राउंड-आधारित डिटेक्टरों के साथ (वे पहले से ही सफलतापूर्वक परीक्षण किए जा चुके हैं ), इससे न केवल रात में, बल्कि दिन के दौरान भी उपग्रह से संकेत प्राप्त करना संभव हो जाएगा; और एक उच्च कक्षा में लॉन्च करने से उपग्रह दृश्यता समय बढ़ जाएगा। अब तक, सब कुछ पूरी तरह से चल रहा है, जो कुछ भी है वह एक निष्पक्ष हवा के रचनाकारों की इच्छा करना है।

वर्ष की क्रांति: एसआई प्रणाली को फिर से परिभाषित करना

किलोग्राम मानक - चैंबर ऑफ वेट्स एंड मेजर्स से एक ही प्लैटिनम-इरिडियम सिलेंडर - 20 मई, 2019 को इस्तीफा दे देगा। नए किलोग्राम को मूलभूत स्थिरांक - प्लैंक के स्थिर के माध्यम से निर्धारित किया जाएगा। इसके साथ, केल्विन डिग्री (जो बोल्ट्जमन स्थिरांक से बंधी होगी) की परिभाषाएँ, एम्पीयर (यह एक इलेक्ट्रॉन के आवेश के माध्यम से व्यक्त की जाएगी) और तिल (जिसमें बिल्कुल 6.022140768 10 ²³ परमाणु होंगे) बदल जाएगी। इस प्रकार, अब से, एसआई प्रणाली के सभी मूल्यों को मूलभूत भौतिक स्थिरांक के माध्यम से निर्धारित किया जाएगा ।

नई SI इकाई प्रणाली इस मायने में सुंदर है कि अब हम उन इकाइयों में भौतिक मात्राओं को नहीं मापते हैं जो हमारे लिए सुविधाजनक हैं, बल्कि, हम इकाइयों को उन भौतिक संस्थाओं से जोड़ते हैं जो दुनिया भर में समान हैं। उदाहरण के लिए, एक मीटर 1/299 792 458 सेकंड में एक वैक्यूम में प्रकाश की यात्रा के समान है। संख्या 299 792 458 सटीक है, क्योंकि हम स्वयं इसे सेट करते हैं। बदले में, दूसरी को सीज़ियम परमाणु में दो ऊर्जा स्तरों के माध्यम से सेट किया जाता है, जिसके बीच की दूरी 9 192 631 770 हर्ट्ज के बराबर होती है। इस प्रकार, पूजा मानकों से मेट्रोलॉजी एक नुस्खा में बदल जाती है: सीज़ियम परमाणु, प्रकाश की गति और प्लांक स्थिरांक हर जगह समान होते हैं, और यदि आपको अचानक मंगल पर लाया जाता है, तो आप इकाइयों की पूरी प्रणाली को पुनर्स्थापित कर सकते हैं।

वर्ष का वीडियो: बढ़ते क्रिस्टल

परमाणु संकल्प के साथ एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप से एक तस्वीर किसी को आश्चर्यचकित नहीं करेगी। एक और बात - वीडियो, और यहां तक ​​कि क्या! पेरिस का एक समूह यह तस्वीर खींचने में कामयाब रहा कि कैसे एक गैलियम आर्सेनाइड क्रिस्टल एक सुपरसैचुरेटेड घोल से परत द्वारा परमाणु से परमाणु बढ़ता है:

सिद्धांत रूप में, यहां कुछ भी नया नहीं है - क्रिस्टल विकास की विशेषताओं का लंबे समय तक अध्ययन किया गया है और अर्धचालक उद्योग में सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है। लेकिन वीडियो, आप देख रहे हैं, मंत्रमुग्ध कर रहा है।

वर्ष की नैनो प्रौद्योगिकी: सबसे तेज कताई सबसे ऊपर

ज्यूरिख और पर्ड्यू विश्वविद्यालय के उच्च तकनीकी स्कूल से दो समूहों - ने नैनोकणों को प्रति सेकंड एक बिलियन से अधिक चक्कर लगाने की गति प्रदान करने का तरीका प्रदर्शित किया । इसके लिए, नैनोकणों - कांच की बूंदों या 100-200 नैनोमीटर आकार में डम्बल - एक केंद्रित लेजर द्वारा गठित ऑप्टिकल चिमटी में पकड़े गए। यदि लेजर ध्रुवीकरण परिपत्र था, तो लेजर बीम में एक घूर्णी क्षण था जिसे कण में प्रेषित किया जा सकता है, इस प्रकार इसे घुमा सकता है।

बेशक, फोटॉन का घूर्णी क्षण बहुत छोटा है, इसलिए अनडिंडिंग बहुत धीरे-धीरे चला गया - मिनटों के दौरान। आसपास की हवा के खिलाफ नैनोकणों का मंदी भी एक बाधा थी, इसलिए, अधिकतम गति केवल एक गहरे वैक्यूम (10 ^-5 mbar) में प्राप्त की गई थी। लेकिन परिणाम प्रभावशाली था: अधिकतम गति पर, केन्द्रापसारक बल नैनोकणों को तोड़ने के करीब थे, इसलिए सामग्री की ताकत को मापने के लिए यह तकनीक दिलचस्प हो सकती है। और ऐसे क्रांतियों में कासिमर प्रभाव स्वयं प्रकट हो सकता है - एक मौलिक क्वांटम घटना जो वैक्यूम में आभासी कणों की उपस्थिति के कारण होती है।

नए साल का बोनस: एक हिरण स्वेटर और उसका समीकरण

एपीएस कुछ असामान्य के साथ वर्ष को समाप्त करने का बहुत शौक है। इस बार, संपादकों ने बुना हुआ कपड़े के गुणों पर काम पसंद किया। हम सभी जानते हैं कि एक गेंद से ऊन लगभग खींचा नहीं जाता है, लेकिन एक बुना हुआ स्वेटर आसानी से आप पर फिट होगा भले ही आपने नए साल की छुट्टियों के बाद पांच किलोग्राम प्राप्त किया हो। इसका कारण, ज़ाहिर है, छोरों में है, जो उनके आकार को बदल सकते हैं, जिससे कपड़े को खिंचाव करने की अनुमति मिलती है।

पहले बुनना फैब्रिक पैटर्न ने सुझाव दिया था कि सभी लूप कमोबेश समान हैं। यह काफी स्पष्ट है कि यह ऐसा नहीं है: यदि आप दुपट्टा खींचते हैं, तो यह बीच में दृढ़ता से सिकुड़ जाएगा, और शायद ही आप इसे धारण करते हैं। और धागा अपनी परिधि को बदलते हुए एक लूप से दूसरे में जा सकता है।

इन सभी सवालों ने फ्रांस के तीन वैज्ञानिकों को इतना परेशान कर दिया कि उन्होंने बुना हुआ कपड़े का एक स्वच्छ मॉडल बनाने का फैसला किया। दो मुख्य बिंदु थे: धागा अप्राप्य है, और कपड़े लूप में धागे के झुकने से होने वाली कुल ऊर्जा को कम करने की कोशिश करता है। परिणाम एक काफी सरल मॉडल है जो कपड़े में उनकी स्थिति के आधार पर छोरों के विरूपण का वर्णन करता है। ओह हां, इसके समानांतर, उन्होंने एक नायलॉन कपड़े को बांधा और इसे हर तरह से फैलाना शुरू कर दिया। बेशक, यह पता चला कि मॉडल प्रयोगात्मक परिणामों के साथ उत्कृष्ट समझौते में है।

एक निष्कर्ष के बजाय

इस तरह हम बीते साल को याद करेंगे। और अब काम के लिए, और हम आने वाले वर्ष को कम दिलचस्प नहीं बनाने की कोशिश करेंगे;)।