Информация свежая... и не очень

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33121
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#571   morozov » Пн янв 20, 2014 20:08

Вычисление точных положений и скоростей галактик станет новой эрой в космологии
Учеными Астрокосмического центра Физического института им. Лебедева (АКЦ ФИАН) предложен новый способ исследований крупномасштабной структуры Вселенной путем определения пекулярных скоростей по собственным движениям галактик относительно неподвижных фоновых объектов. Знание пекулярных скоростей позволит получить точные данные о распределении массы во Вселенной, о расстояниях до других галактик и о космологической постоянной Хаббла.

Известно, что все галактики подчиняются закону общего Хаббловского разбегания в контексте теории "Расширяющейся Вселенной". Однако если бы Вселенная подчинялась исключительно этому закону, то не существовало бы галактик. Факт неоднородного распределения массы во Вселенной говорит нам о геометрическом нарушении закона Хаббла. В связи с этим можно сказать, что на скорость движения галактик влияет не только закон Хаббла, но и отклонения от него, связанные с крупномасштабной структурой Вселенной. В космологии часть скорости, зависящая от структуры, называется пекулярной.
Измерение скорости для расчета космологических расстояний осуществляется сегодня с помощью эффекта Доплера, определения лучевой скорости по смещению линий спектра. В случае, когда объект удаляется - наблюдается красное смещение линий спектра. Однако данный метод позволяет узнать только общую радиальную скорость. Точное же разделение этой полной скорости на Хаббловскую и пекулярную части является важнейшей нерешенной до сих пор задачей космологии. Ее решение как раз и было предложено сотрудниками АКЦ ФИАН В.Н. Лукашем и С.В. Пилипенко.

"До сих пор точных методов разделения космологии и структуры не было. Космология – это Хаббловский поток, структура – это нарушение Хаббловского потока. В принципе, это точная математическая задача, требующая своего решения. Но раньше не было технологий, которые бы позволяли получить необходимые параметры. Сейчас, с развитием миллиметровых и субмиллиметровых радиоинтерферометров, мы имеем возможность перейти от теории к практике," – разъяснил Владимир Николаевич Лукаш, сотрудник АКЦ ФИАН, доктор физико-математических наук, профессор.

Для того, чтобы вычислить собственные пекулярные скорости галактик предложено измерять движения галактик на небесной сфере относительно дальних неподвижных объектов. При этом хаббловская компонента скорости, в силу своей радиальности, никакого вклада в эти сдвиги не вносит. Осуществление таких наблюдений стало возможным, благодаря появлению космических интерферометров, принцип действия которых основан на явлении интерференции. Интерферометр способен зафиксировать невидимые одиночным телескопам смещения космических объектов. Частью такого интерферометра является международный проект Радиоастрон, координатором которого выступает АКЦ ФИАН. Следующий планируемый проект – Миллиметрон, в задачи которого и войдет предложенный учеными метод вычисления пекулярных скоростей. В проекте создание космической обсерватории миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн. С помощью сети наземных и одного космического радиотелескопов одновременно будет осуществляться наблюдение выбранного объекта. Такие наблюдения необходимо будет повторить через несколько лет, чтобы найти смещение объекта. Полученные данные позволят вычислить пекулярную компоненту и, в результате, восстановить трехмерную модель скорости наблюдаемого объекта.

"Изучая численные модели Вселенной, мы выяснили, что пекулярные скорости движения галактик не случайны и подчиняются такой закономерности, что могут быть описаны потенциальным полем скоростей. Это означает, что если мы измерим для большого количества галактик их скорости, ну скажем, в одном или двух направлениях, то после этого сможем восстановить трехмерные скорости ... И вот мы предложили это сделать не в численных моделях, а уже по настоящему, на практике. " – пояснил Сергей Владимирович Пилипенко, сотрудник АКЦ ФИАН, ассистент кафедры общей физики.

Пекулярные скорости несут важную информацию о начальных космологических возмущениях плотности и о распределении массы во Вселенной. Разделение Хаббловской и пекулярной скоростей откроет невероятные перспективы понимания крупномасшатбной структуры Вселенной. Обладая точными данными о расстояниях и траекториях различных объектов во Вселенной, можно будет лучше понять прошлое и будущее нашей и соседних галактик. Данные же о распределении массы во Вселенной помогут человечеству еще на шаг приблизиться к разгадке тайны происхождения Мироздания.

Изображение
На рисунке: Демонстрация работоспособности предложенного алгоритма.
Слева показана реальная карта распределения пекулярной скорости,
справа – восстановленная по собственным движениям.


Е. Барчугова, АНИ "ФИАН-Информ"
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33121
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#572   morozov » Ср янв 22, 2014 10:47

Эксперименты на Коллайдере помогут пониманию квантовой хромодинамики
При взаимодействии на коллайдере частиц высоких энергий образуется огромное количество разнообразных частиц. Этот процесс называется множественным рождением, а различные его характеристики предсказываются с помощью теории сильных взаимодействий – квантовой хромодинамики (КХД). Однако результаты последних подобных экспериментов на БАК (Большом Адронном Коллайдере) не совпадают с предсказаниями моделей, построенных по результатам прошлых экспериментов на других ускорителях. О возможных причинах этого несовпадения и открывающихся горизонтах новой экспериментальной физики высоких энергий на гинзбурговской конференции рассказал Ник Брук, профессор Университета Бристоля и один из ведущих специалистов в области изучения множественного рождения частиц.

Для идентификации рожденных частиц идеально подходит техника двух экспериментальных проектов, проходящих на БАК. Это проект ALICE (A Large Ion Collider Experiment), оптимизированный для изучения столкновений тяжелых ионов и LHCb, предназначенный для изучения B-мезонов, частиц содержащих «прелестный» кварк. А сама информация о рождении частиц является необходимым фундаментом для дальнейшего развития КХД. Комментирует Ник Брук: «Наблюдаемые распределения частиц характеризуют адронное состояние материи и являются чувствительными к лежащей в основе протон-протонных взаимодействий квантовой хромодинамике. ALICE, ATLAS и CMS уже измеряли распределения частиц в центральном регионе взаимодействия, а геометрия LHCb позволяет отследить динамику столкновений и в отдаленной области. Это дает нам столь необходимую информацию для развития моделей и улучшения Монте-карловских генераторов событий»
Квантовая хромодинамика возникла в 70-ых годах прошлого века, как микроскопическая теория, описывающая сильное взаимодействие на субадронных масштабах, в котором участвуют кварки, глюоны и составленные из них частицы – адроны (В том числе и связанные сильным взаимодействием протоны и нейтроны атомного ядра). Основной постулат квантовой хромодинамики приписывает всем кваркам особое квантовое число, называемое цветовым зарядом или цветом. Столь привычное слово не имеет ничего общего с обычными оптическими характеристиками, но зато лаконично подчеркивает тот факт, что кварки в природе встречаются лишь в виде бесцветных комбинации. Адронов, составленных из трех кварков (Вспоминаем аналогию – красный, зеленый и синий в сумме дают белый) или глюонов из кварка и антикварка с антицветом.
Предсказания КХД о параметрах множественного рождения частиц даются либо в аналитической форме, либо в виде численных компьютерных расчетов по моделям Монте-Карло, которые можно детально сопоставлять с экспериментальными данными. Эти модели называют генераторами событий в том смысле, что вероятность возникновения определенных явлений в этих компьютерных расчетах считается пропорциональной вероятности соответствующего события в реальном мире. Все эти модели хорошо работали в согласовании с прошлыми экспериментами на других ускорителях, и даже имели некую предсказательную силу, но с новыми результатами, полученными на БАК, они пока никак не совпадают. Комментирует Андрей Леонидов, профессор ФИАН и ведущий научный сотрудник сектора физики высоких энергий.

«Изучение множественного рождения при высоких энергиях это одна из фундаментальных физических проблем. И доклад Брука был посвящен массиву экспериментальной информации, которая была наработана на коллайдере LHC. Там ситуация сложилась очень интересная – имеющиеся модели не описывают многие существенные свойства событий. В типичной их конструкции как-то сшивается физика мягких адронных струй и жесткого адронного излучения, а сами они были откалиброваны, чтобы успешно описывать FNAL, предыдущий ускоритель. В результате, в этом докладе буквально не было ни одного графика, в котором теория совпала с новым экспериментом. То есть многие свойства множественного рождения современные модели не описывают вовсе»

Так профессор Брук рассказал о расхождениях предсказаний с реальными данными по возникновению частиц со «странными» кварками в составе или нарушениях в соотношении барионной и антибарионной материи. Но все эти нестыковки, как подчеркнул Брук, только развязывают исследователям руки и лишний раз показывают сложную структуру КХД. Ведь новые данные могут помочь в улучшении моделей генераторов событий, мягкого производства частиц, мультичастичных столкновений и многих других явлений. С оптимизмом английского физика согласен и Андрей Леонидов.

«Все предыдущие модели в новых экспериментах показали себя в разной степени неуспешными, и это создает интересное поле для изучения. Но ведь эти же модели не просто так собрали – это лучшее, что человечество может предложить на эту тему. Не то, что какие-то провинциальные люди что-то там написали и это по случайности используется на LHC. На LHC используется лучшее, что есть, и это лучшее пока работает неважно. А тема эта очень важна, потому что процессы множественного рождения постоянно происходят в коллайдере. Это доминирующие процессы с большим сечением. И они потенциально влияют на все остальные процессы, определяют их фон. Кроме того, это фундаментально и интересно. Так что ничего печального нет, ждем новых результатов!»

Изображение
При столкновении частиц высоких энергий наблюдается множественное рождение новых частиц

М. Петров, АНИ «ФИАН-Информ»
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33121
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#573   morozov » Чт янв 23, 2014 0:17

Получен самый короткий импульс полупроводникового лазера в фиолетовом диапазоне
Ученые из ФИАНа совместно с учеными из Кембриджа в рамках Европейского проекта получили пикосекундный импульс синего лазера. Полученные результаты открывают новые перспективы, не только с точки зрения научных исследований, но и расширения области применения лазерной техники.

Лазер – это генератор электромагнитных волн в видимом диапазоне, то есть источник света. Свет этого генератора отличается уникальными свойствами: монохроматичностью (все излучение находится в узком диапазоне длин волн) и узконаправленностью (излучение не рассеивается). Современная наука использует для создания лазеров газ, жидкость, химические реакции. Тем не менее, самым используемым является полупроводниковый, основанный на особом механизме накачки. В этом году полупроводниковым лазерам исполняется 50 лет. За это время, пройдя стадию от научного открытия до повсеместного использования, они прочно укрепились в нашей жизни. Но даже после стольких лет исследований осталась малоизученная ниша фиолетовых лазеров, основой которых является нитрид галия (GaN) – наиболее перспективный материал в электронике. Трудность их исследования заключается в тяжелом технологическом изготовлении. Хорошие образцы стали появляться сравнительно недавно в Японии.
Изображение
Задачей Европейского проекта, в котором принимают совместное участие ученые из ФИАН и Кембриджского университета, было исследование импульсных режимов лазеров в синем/фиолетовом диапазоне. Японские компании (Sony, Sharp и другие) преуспели в исследовании непрерывного излучения подобных лазеров. На основе их исследований уже созданы технические приборы: например приводы blu-ray. Импульсные же режимы генерации света в фиолетовом диапазоне с помощью полупроводников остаются областью малоизученной.

«В качестве образцов для исследования мы использовали лазеры, использующиеся в blu-ray приводах для компьютеров, модифицированные ионными пучками с помощью имеющегося в Кембриджском университете оборудования. Произведенная модификация, в совокупности с введением в резонатор лазера управляемого поглощения, позволила очень сильно менять динамику лазера, переводить его из непрерывного режима в импульсный», – комментирует результаты один из участников и руководителей проекта, ведущий научный сотрудник ФИАН, доктор физико-математических наук Петр Петрович Васильев.

Полученные лазеры исследовались в ФИАНе на аппаратуре, позволяющей измерять импульсы с пикосекундной (10-12с) и фемтосекундной (10-15с) точностью. Для регистрации этих импульсов использовали сверхбыстродействующие электронно-оптические камеры. Данная техника, связанная с фотоэлектронной регистрацией, первоначально была разработана в ФИАНе.
Главная проблема проводимых исследований заключается в том, что нитрид галия который лежит в основе этих лазеров, тяжел технологически. В нем масса дефектов, также он быстро деградирует на воздухе, т.е. исследуемые лазеры имеют короткий «срок жизни», что ограничивает также и время их исследования.

«Мы смогли получить только пикосекундные импульсы, хотя и надеялись на фемтосекундные. Однако и эти результаты позволили превзойти параметры японцев из лаборатории Sony. Согласно их публикациям, при дополнительном использовании линз, объективов, дифракционных решеток, а также внешнего резонатора, они смогли генерировать импульсы величиной в единицы пикосекунд. А у нас не используются никакие внешние компоненты, и при этом результат в 1,4 пикосекунды», – комментирует Васильев.

Проводимые исследования имеют большую ценность не только с научной точки зрения, но и для применений в области биологии и медицины. Например, микроскопические масштабы лазера позволят создавать компактные приборы, мобильные и удобные в использовании, а короткая длительность импульса – исследовать и воздействовать на клетки организма, не разрушая их.

Б. Массалимов, АНИ "ФИАН-Информ"
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33121
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#574   morozov » Пт янв 24, 2014 0:05

Земля сверяет время по космическим часам
Учеными из Пущинской радиоастрономической обсерватории Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ПРАО ФИАН) предложен новый алгоритм построения групповой шкалы пульсарного времени, позволяющий повысить точность определения отклонений атомной шкалы времени относительно высокостабильной пульсарной шкалы. Предложенный метод позволит не только вносить поправки в ход земных эталонов времени, но и решить многие астрономические, навигационные и космологические задачи.
Изображение
На рисунке: Условное изображение пульсара
(источник:http://starblink.ru/publ/kosmos/pulsary/1-1-0-8)
Пульсар – космический объект, излучающий периодические импульсы в различных диапазонах длин волн – от радио до рентгеновского или гамма-диапазона. Согласно современным представлениям, пульсар представляет собой нейтронную звезду с наклоненной относительно оси вращения осью магнитного поля, вращающуюся с огромной скоростью (от долей до сотен оборотов в секунду). Высокая стабильность периода испускаемых импульсов радиопульсарами позволила ученым ФИАНа еще в 70-х годах XX века предложить использовать их для построения новой пульсарной шкалы времени.
В настоящее время используется несколько видов временных шкал: атомное время (TAI), земное время (ТТ) и всемирное координированное (UTC) время. Шкала TAI является опорной временной координатой, установленной на основе показаний атомных часов, расположенных по всему земному шару, и, в соответствии с определением атомной секунды, относительно нее выверяются все остальные временные шкалы; шкала TT предназначена для астрономических исследований; а обычные люди живут по всемирному координированному времени UTC, сверяя часы и производя перевод стрелок на летнее/зимнее время относительно него. Однако, независимо от выбора временной шкалы, всегда стоял вопрос ее точности и стабильности.

Различные эпохи развития человечества и научного разума всегда характеризовались решением одной и той же проблемы – поиском наиболее точного эталона времени. На этом пути человечество прошло долгий путь от солнечных и песочных до атомных часов, которые сегодня и являются наиболее точным и всемирно признанным эталоном времени.
Открытие в 1967 г. радиопульсаров позволило взглянуть на проблему с новых позиций. В 1979 г. учеными ПРАО ФИАН была предложена пульсарная шкала времени, основанная на измерении интервалов между импульсами радиопульсара, приходящими на Землю. Для построения пульсарной шкалы момент детектирования сигнала (или момент прихода импульса – МПИ) определяется по земным часам. Зная время прихода импульса радиопульсара и сравнивая его с полученными показаниями по выверенным атомным часам, можно оценить стабильность имеющегося временного эталона. Сама пульсарная шкала представляет собой таблицу поправок к показаниям земных часов.
Одним из основных достоинств предлагаемой шкалы является то, что она – астрономическая, т.е. никоим образом не зависит ни от происходящих на Земле событий, ни от ее «поведения» (сезонные изменения скорости вращения, колебания оси вращения и т.п.), а также в высокой стабильности шкалы на длительных интервалах времени, сравнимой и даже превосходящей стабильность земных атомных стандартов частоты на интервалах порядка нескольких лет.
В настоящее время пульсарная шкала времени, предложенная сотрудниками ПРАО ФИАН, активно используется в фундаментальных и прикладных исследованиях.
Однако столь радужная перспектива – получение высокоточных, высокостабильных и практически «вечных» часов – осложняется отдельными моментами, связанными с тем, что пульсарная шкала не является полностью независимой (не определена «пульсарная секунда»), а также сложным алгоритмом редукции МПИ от земного наблюдателя в центр масс Солнечной системы: наблюдатель, который принимает с помощью радиотелескопа сигналы от пульсара, находится на Земле, вращающейся вокруг своей оси и обращающейся вокруг Солнца. В результате, МПИ радиопульсара будут зависеть как от географического положения наблюдателя, так и от времени года, времени суток, от собственного движения пульсара по небу, а также от параметров его орбиты, если пульсар находится в двойной системе.
Решением этой проблемы занялась группа ученых из ПРАО ФИАН. Алгоритм пульсарного хронометрирования (определение МПИ) подразумевает определение момента прихода импульса относительно опорной шкалы времени, скажем, шкалы UTC. Однако приходящий сигнал будет помимо «полезной» составляющей (вариаций опорной атомной шкалы, относительно которой ведутся наблюдения) нести в себе и «шум» – наложения дополнительных вариаций, связанных как с особенностями вращения самого пульсара, так и с ограниченной чувствительностью земной аппаратуры. Для того чтобы разделить вклад земных часов и вариации вращения пульсаров, предлагается использовать одновременные сигналы от нескольких пульсаров (строить групповую пульсарную шкалу). Кроме того, восстановление сигнала происходит в условиях недостаточного объема (и качества) предварительной информации об изучаемом объекте, что также усложняет проблему точного определения сигнала. Дальнейшая обработка пульсарных данных производится с помощью математического аппарата винеровских фильтров, что и позволяет отделить «зерна от плевел». Этот классический математический аппарат хорошо зарекомендовал себя системах радиолокационного обнаружения целей.
Упомянутый метод был применен к наблюдательным данным по пульсарам PSR B1855+09 и B1937+21 и впервые позволил получить поправки к шкале Всемирного координированного времени UTC относительно групповой шкалы пульсарного времени. Последующее прямое сравнение наиболее стабильной шкалы земного времени TT, основанной на ходе первичных цезиевых стандартов частоты, и групповой шкалы пульсарного времени показало, что они не расходятся больше, чем на (0,40 ± 0,17) микросекунды.

«Значение данных работ состоит в первую очередь в практическом построении независимой от земных условий системы счета времени, которая по стабильности на длительных интервалах времени (порядка нескольких лет) сравнима и даже превосходит стабильность атомных стандартов частоты. Наши работы продемонстрировали возможность независимого мониторинга вариаций хода земных стандартов частоты с точностью около 0,1 микросекунды. В случае возникновения глобальных земных катаклизмов групповая пульсарная шкала является, пожалуй, единственным средством, позволяющим восстановить ход земных шкал времени с субмикросекундной точностью», – рассказал один из участников группы, ведущий научный сотрудник ПРАО ФИАН, кандидат физико-математических наук Александр Евгеньевич Родин.

В настоящее время данное направление астрономии, кроме России, также стало активно развиваться во многих странах. Например, в США, Австралии, Европе приняты программы одновременного хронометрирования нескольких десятков пульсаров для построения групповой пульсарной шкалы времени и ее практического применения в космологии, астрофизике и фундаментальной метрологии. Именно с помощью групповой пульсарной шкалы времени исследователи из этих стран надеются получить прямое и достоверное доказательство существования гравитационных волн.
Результаты подобных исследований могут быть применены и в других областях астрономии.
Изображение
На рисунке: Изображение Крабовидной туманности в условных цветах:
синий – рентгеновский, красный – оптический диапазон. В центре туманности – пульсар (источник: http://hubblesite.org/newscenter/archiv ... 24/image/a)
Например, хронометрирование высокостабильных миллисекундных пульсаров позволяет построить независимую шкалу галактических расстояний. В области небесной механики долговременное хронометрирование пульсаров позволит уточнить массы планет Солнечной системы и, соответственно, улучшить точность планетных эфемерид.

Как рассказал Александр Евгеньевич: «Наблюдения одних и тех же пульсаров различными методами в разных системах небесных координат позволяют находить связь между этими системами с очень высокой точностью (на уровне 10-4 — 10-5 угловых секунд), что крайне важно для высокоточного определения местоположения далеких космических аппаратов.
Очень интересным прикладным направлением использования групповой пульсарной шкалы в недалеком будущем станет навигационная задача. Сеть высокостабильных пульсаров будет использоваться в качестве космических маяков для навигации в масштабах Солнечной системы и даже за ее пределами. Космический аппарат по заложенным в него пульсарным эфемеридам и оснащенный соответствующими датчиками сможет автономно определять свое местоположение с точностью несколько сотен метров.»

В ПРАО ФИАН ведутся исследования практически по всем вышеупомянутым направлениям. После переоснащения имеющихся радиотелескопов новой высокочувствительной аппаратурой и ввода в строй новых радиотелескопов ученые ожидают получения результатов на новом уровне точности.

Е. Любченко, АНИ «ФИАН-Информ»
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33121
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#575   morozov » Вс янв 26, 2014 11:25

Такая нормальная аномальная диффузия

Как это часто бывает в науке, за словосочетанием с легким налетом невероятности «аномальная диффузия» не скрывается ничего сверхъестественного. Об истории изучения диффузии, последних моделях в этой области и сходстве движений электронов в копировальной машине и белков живой клетки на гинзбурговской конференции рассказал Игорь Соколов, профессор берлинского университета имени Гумбольдтов, один из самых известных специалистов-теоретиков в этой области, в беседе с сотрудником ФИАН-Информа



– Кто первый в истории стал изучать процесс диффузии?

– Изучение диффузии началось с Фика. Забавно, что он не был ни физиком, ни химиком, а был врачом. Ну, или как сейчас бы сказали, физиологом с незаконченным математическим образованием. И понадобилось ему уравнение диффузии через мембрану для того, чтобы описывать процесс проникновения в клетки питательных веществ. Он это уравнение написал и даже решил. Оно, кстати, было очень похоже на уравнение теплопроводности, которое к тому времени было известно. А настоящее объяснение всего этого дела пришло через пятьдесят лет после Фика, в работах Эйнштейна 1905 года, которые базировались на нескольких постулатах диффузии.



– А что это за постулаты эйнштейновской диффузии?

– Идея Эйнштейна была в том, чтобы рассмотреть модель случайных блужданий. Берется система с дискретным временем, фиксируется величина временного интервала и говорится, что перемещение частиц на разных интервалах является независимым. Это первый постулат. Второй постулат говорит, что распределение перемещений для всех интервалов одинаково. Собственно говоря, Эйнштейн был не единственный, кто такую модель сформулировал. Одновременно с ним похожие вопросы задавал Пирсон, который искал способ описания движения комаров, переносящих малярию.



– Со времен работ Эйнштейна прошло уже более ста лет. Что изменилось за это время в представлениях о диффузии?

– Естественно, изменилось очень многое. Ведь ни один из этих постулатов диффузии не является законом природы. Все они нарушаются довольно легко, что приводит к разным видам аномальной диффузии. И чем больше люди смотрели на процессы диффузии, тем больше видели, к примеру, что средний квадрат смещения частиц не растет пропорционально времени, как это следует из уравнений нормальной диффузии, а растет пропорционально какой-то другой степени времени. Она может быть больше или меньше единицы, но это и есть аномальная диффузия.



– Почему так важно изучать аномальную диффузию?

– Проблема заключается в том, что тяжело выяснить природу аномальной диффузии. Вот, положим, записали мы траекторию одной молекулы – сейчас мы вполне можем, пометив ее, следить за перемещениями – и видим, что это необычная диффузия. Но как определить причину этого движения? По одной молекуле назвать причину мы точно не можем, но зато можем определить класс процесса. В любом случае, у этого аномального процесса диффузии есть две математических ипостаси. Одна – это то, что среднее по времени даже на очень длинной траектории может отличаться от среднего по ансамблю таких траекторий: в системе может отсутствовать эргодичность. Другая – это то, что каждая траектория ведет себя по-разному и, как говорят, в систем отсутствует самоусреднение.



– В своем докладе вы рассказывали о разных теоретических моделях аномальной диффузии. Когда они возникли?

– Интересно, что модели эти достаточно старые. Вот, например модель ловушек для неупорядоченных полупроводников 1975-го года. Совсем же недавно люди задумались, что всё не так просто и получили в рамках этих старых моделей совершенно неожиданные результаты. Причем результаты, которые подтверждаются экспериментами. Многое из того, о чем я рассказывал, экспериментаторы увидели в траекториях объектов в самых разных системах – биологических, искусственных, в некоторых турбулентных, которые работают схожим образом.



– Приведите, пожалуйста, примеры таких систем

– Естественные системы – это, в основном, биология. Но я вам скажу, откуда всё это началось. Это системы с бесконечной длиной памятью. Как лазерный принтер устроен, знаете? В лазерном принтере или копировальной машине есть полупроводниковое стекло, в котором светом создаются носители зарядов. И вот зависимость фототока от времени для таких тонких полупроводниковых пленок несет явные следы аномальной диффузии с бесконечно длинной памятью. Точнее, субдиффузии, когда носители заряда оказываются в ловушках, примесных центрах или флуктуациях плотности и потому на некоторое время перестают двигаться. Модель случайного блуждания с непрерывным временем была разработана как раз этих ксерографических систем.



– Какие есть примеры биологических систем с аномальной диффузией?

– В основном это мембраны и мембранный транспорт белков. При этом, исследуются как естественные клеточные мембраны, так и искусственные модельные мембраны. Были интересные работы по естественным липидным гранулам в клетках, по моделям клеточной цитоплазмы. Но клетка же устроена сложно. И любые модели все равно остаются упрощениями. Здесь не стоит забывать о двух важных компонентах. Во-первых, о сложности пути, по которому веществам можно перемещаться в клетке. Ведь большая часть клетки занята белками, и по ней перемещаться невозможно. Такое явление называется crowding - «столпление». Во-вторых, в клетке есть огромное количество разного рода ловушек и рецепторов. К ним частица прилепляется и не двигается. Поэтому в биологических системах мы часто наблюдаем аномальное поведение, аномальную диффузию некоей смешанной природы.



– У вас есть совместные работы с экспериментаторами?

– По этой тематике у меня нет совместных работ с экспериментаторами. По другим есть, а по этой нет. Но это нормальная ситуация, экспериментаторы читают мои статьи, цитируют, используют их результаты.



– Как на практике можно применить эти теоретические результаты?

– Это можно привязать ко многим процессам. Например, к адресной доставке лекарств. Это очень интересная система и, кстати, мы даже пытались этим заняться. Однажды ко мне обратился один «фармацевт» – он создал капсулу для медленного выделения лекарства. Очень интересный у него был метод определения темпов выхода лекарства. И этот фармацевт попросил нашей помощи в дальнейших исследованиях, но как только мы начали работать, он куда-то исчез и больше не появлялся.



– Можно предположить неудачу с экспериментами?

– Вполне может быть. Но сейчас по всему миру множество очень интересных примеров схожих исследований. Так что тема очень важная. Главное, не забывать, что в аномальной диффузии нет ничего сверхъестественного или запретного. Ведь даже некоторые животные – альбатросы или обезьяны, например, перемещаются по законам аномальной диффузии.



М. Петров, АНИ «ФИАН-Информ»
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33121
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#576   morozov » Пн янв 27, 2014 1:15

РадиоАстрон: новые рекорды, новые открытия
RadioAstron Российская космическая обсерватория Спектр-Р – космическое «плечо» наземно-космического интерферометра РадиоАстрон – продолжает успешную работу на орбите, в проводимых на орбите исследованиях реализуются уникальные возможности этой обсерватории. О новых научных открытиях, связанных с изучением объектов нашей галактики и дальнего космоса сообщают ученые Астрокосмического центра ФИАН (АКЦ).
Изображение
Изучение ядер активных галактик с помощью наземно-космического интерферометра РадиоАстрон продолжает приносить новые интересные результаты. Список объектов исследования пополнили известные квазары 3C273 и 3C279, первый из которых в 1963 году привел Мартина Шмидта (Caltech) к открытию квазаров, а открытие обоих квазаров несколько позднее позволило международной группе астрофизиков открыть кажущееся сверхсветовое движение сгустков плазмы в релятивистских струях.
На днях РадиоАстрон в режиме интерферометра на больших наземно-космических базах успешно зарегистрировал излучение этих квазаров. Как заметил зав. лабораторией АКЦ ФИАН, руководитель ранней научной программы РадиоАстрон, д.ф.-м.н. Юрий Ковалев: «Наблюдения квазара 3C273 позволили РадиоАстрону превзойти абсолютный рекорд по угловому разрешению, принадлежавший ранее наземной РСДБ системе, работавшей на длине волны 1,3 мм». Сигнал от квазара на длине 1,3 см зарегистрирован на базе интерферометра РадиоАстрон в 8,1 диаметров Земли или 7,6 гига длин волн, реализуя угловое разрешение в 27 микросекунд дуги (см. рисунок 1).


Изображение
Рисунок 1. Рекордное обнаружение ультра-компактного ядра в квазаре 3C273 наземно-космическим интерферометром РадиоАстрон. На традиционной диаграмме представлена величина отклика в зависимости от запаздывания (delay) и частоты интерференции (fringe rate). Диапазон наблюдений 1.3 см, база интерферометра 8 диаметров Земли (7.6 гига длин волн), наблюдения РадиоАстрон-GBT 2 февраля 2013 года

На более длинных волнах в 18 и 6 см интерферометру удалось зарегистрировать излучение многих компактных ядер в рамках продолжающегося обзора вплоть до 20 диаметров Земли, детектирования на рекордных длинах баз получены, в основном, с наиболее чувствительными наземными телескопами: Эффельсберг (Германия) и Аресибо, GBT (США). При этом успешные детектирования сигнала на наземно-космических базах удается регулярно получать со всеми наземными телескопами, участвующими в обзоре с РадиоАстрон, включая Российские инструменты системы Квазар-КВО.
В начале февраля 2013 г. успешно проведены первые наблюдения одной из близких активных галактик M87 в созвездии Девы. Для нее угловое разрешение РадиоАстрона сравнимо с ожидаемым размером тени центральной сверхмассивной черной дыры, согласно предсказаниям теории. В этом эксперименте впервые была использована модернизированная фазированная решетка VLA NRAO (США). Наблюдения прошли успешно. Научная группа продолжает обработку данных.

Пульсары на больших базах интерферометра и межзвездная среда

При распространении радиоизлучения через неоднородную межзвездную плазму возникает ряд эффектов: увеличение угловых размеров источника излучения, увеличение длительности импульса пульсара, искажения спектра радиоизлучения, модуляция интенсивности приходящих импульсов со временем (мерцания). Эти эффекты возникают в результате интерференции лучей, приходящих в точку наблюдения разными путями из-за преломления на неоднородностях межзвездной плазмы, образующих случайным образом рассеивающие или собирающие «линзы». Для далеких пульсаров современная теория, трактующая перечисленные выше эффекты рассеяния, предсказывает подавление амплитуды ожидаемого интерференционного отклика до величин, лежащих далеко за пределами чувствительности интерферометра РадиАстрон.

Изображение
Рисунок 2. Рисунок показывает структуру отклика, полученного интерферометром РадиоАстрон-GBT на длине волны 92 см от далекого пульсара B0329+54, находящегося на расстоянии 6 тысяч световых лет. Для источника, не подвергшегося эффектам рассеяния, на представленной диаграмме должен быть единственный пик. На самом деле наблюдается тесный ансамбль интерференционных откликов, каждый из пиков которого соответствует интерференции лучей, прошедших через свою комбинацию преломлений на неоднородностях плазмы

На рисунке 2 продемонстрирован новый результат, полученный по далекому пульсару В0329+54, находящемуся на расстоянии в 2 килопарсека. На нём представлена структура интерференционного отклика на традиционной диаграмме запаздывание (delay) – частота интерференции (fringe rate). Для обычного источника, не подвергшегося эффектам рассеяния, на этой диаграмме должен быть единственный пик. На самом деле наблюдается тесный ансамбль интерференционных откликов, каждый из пиков которого соответствует интерференции лучей, прошедших через свою комбинацию преломлений на неоднородностях плазмы. Представленная диаграмма получена на частоте 316 МГц в канале с правой круговой поляризацией на интерференционной базе между 100-м радиотелескопом GBT Национальной радиоастрономической обсерватории США в Грин Бэнке и космическим радиотелескопом при удалении в 290 000 км и при проекции базы интерферометра в 150 000 км. Наблюдаемая интерференционная структура медленно меняется со временем с характерным масштабом около 100 секунд.
Современная трактовка эффектов рассеяния при распространении радиоволн через неоднородную межзвездную плазму в нашей галактике предсказывала, что длинноволновое радиоизлучение от пульсаров и квазаров будет размываться. В результате, РадиоАстрон не сможет зарегистрировать от них коррелированный сигнал на больших наземно-космических базах для длин волн 18 и 92 см. Полученные результаты опровергают это предсказание и полностью меняют имеющиеся представления о структуре неоднородностей межзвездной плазмы в нашей галактике.

Галактические водяные мазеры

В рамках ранней научной программы РадиоАстрон был обнаружен коррелированный сигнал от водяного мазера в области формирования массивных звезд W3 IRS5, расположенной на расстоянии 1,83 килопарсек в спиральном рукаве Персея нашей Галактики. Коррелированный сигнал был получен между космическим радиотелескопом Спектр-Р проекта РадиоАстрон и наземными телескопами: 40-м радиотелескопом в Йебесе (Испания) и 32-м радиотелескопом в Торуни (Польша). Сеанс интерферометрических наблюдений проводился 2 февраля 2013 г. Проекция базы наземно-космического интерферометра составляла около 5,42 диаметра Земли, что обеспечило угловое разрешение до 40 микросекунд дуги. На расстоянии W3~IRS5 от Земли это соответствует линейному разрешению 0,074 астрономической единицы (11 миллионов километров или 8 диаметров Солнца). В этом эксперименте установлен рекорд значений углового разрешения, полученных при исследованиях такого рода (см. рисунки 3, 4).

Изображение
Рисунок 3. Интерференционный отклик мазерного излучения воды на длине волны 1,3 см от области звездообразования W3 IRS5 по наблюдениям РадиоАстрон с испанским телескопом Йебес. По вертикальнои оси: амплитуда коррелированного сигнала, горизонтальные оси: остаточные величина частоты интерференции (fringe rate) и спектральная частота (frequency)

Изображение

Рисунок 4. То же самое, что и на рисунке 3, но на базе РадиоАстрона с польским телескопом Торунь

Комментируя полученную информацию, зав. лабораторией АКЦ ФИАН, к.ф-м.н. Алексей Алакоз сказал: «Такие исследования имеют очень важное значение для понимания механизмов образования мазерного феномена, который позволяет изучать свойства материи в экстремально сильном поле излучения, в среде с сильными отклонениями от равновесного состояния. Понимание механизмов накачки, а также условий в среде, при которых эти механизмы эффективно работают, имеет принципиальное значение для построения цельной картины процесса звездообразования».

АНИ «ФИАН-Информ» по материалам АКЦ ФИАН
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33121
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#577   morozov » Вт янв 28, 2014 0:02

Долгая жизнь квантовых битов в кремнии-28
Для практической реализации квантовых вычислений требуется надежная “квантовая память”, то есть способность кубитов сохранять свою когерентность в течение как можно более длительного времени. У ядерных спинов нейтральных атомов фосфора, играющих роль доноров в кремнии, это время может достигать T2 » 180 с, но только при сверхнизких температурах. Нагрев даже до 10 К приводит к падению T2 до нескольких миллисекунд. В работе [1] (Канада, Великобритания, Германия) показано, что ионизация доноров 31Р вкупе с изотопической очисткой 28Si приводит к резкому росту T2 – до 39 минут при комнатной температуре и нескольких часов при гелиевой. Причина в том, что удаление электронного спина (см. рис.) устраняет канал декогерентизации, связанный с флуктуациями электрического поля на электродах и на границе Si/SiO2. Интересно, что при термоциклировании в интервале 4.2 К « 300 К когерентность выживает.

ИзображениеИзображение
Спины и распределение заряда в нейтральном (D0)
и ионизированном (D+) донорах фосфора.

Авторы [1] рассматривают также возможность использования вместо фосфора других доноров, например халькогенов.

1. K.Saeedi et al., Science 342, 830 (2013)..
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33121
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#578   morozov » Ср янв 29, 2014 3:42

«Комнатный» Большой адронный коллайдер – это возможно

О моделировании взаимодействия сверхинтенсивного лазерного излучения с веществом и создании источников частиц на базе этого явления С.Андреев рассказал на прошедшей в конце 2012 года под эгидой ФИАН Школе молодых ученых «Актуальные проблемы Физики». В интервью с корреспондентом ФИАН-Информ он помог разобраться в некоторых деталях этого явления и поведал, как его исследования могут помочь в медицине, нейтронной спектроскопии или даже создании новых ускорителей частиц.

Как рассказал Степан Андреев, Ученый секретарь Института Общей Физики им. А.М. Прохорова РАН и Председатель Совета молодых ученых Отделения физических наук РАН: «Речь идет о взаимодействий сверхинтенсивного лазерного излучения с веществом. Типичная интенсивность таких пико- и фемтосекундных импульсов в современных лазерных системах составляет 1021 Вт/см2 .

Это много или мало? Оптический пробой атмосферного воздуха происходит при интенсивности порядка 1011 Вт/см2, а при 1018 Вт/см2 электрон уже набирает энергию сравнимую со своей массой покоя и его движение становится релятивистским. При 1021 Вт/см2, в лазерной микроплазме мишени уже может наблюдаться широкий спектр различных термоядерных явлений. Такие концентрации энергии достигаются только в очень маленьких областях размерами в десятки микрон, поэтому мы и говорим о микроплазме.»

В таких микроскопических областях из мишеней, облучаемых лазерным излучением, начинают улетать пучки ускоренных электронов и ионов. Эти высокоэнергетичные частицы далее могут взаимодействовать между собой и с атомами мишени с протеканием различных ядерных реакций. Для моделирования этих сложных, требующих дорогих экспериментов, процессов обычно применяют электродинамическое моделирование методом «частицы в ячейке» (PIC – методом в англоязычной литературе). Сегодня существует множество кодов, позволяющих в рамках такого подхода моделировать эти явления на суперкомпьютерах, но зачастую они излишне упрощают явление, сводя его лишь к электродинамике плазмы.

«Из экспериментов известно, что при наших условиях уже вовсю идут неупругие процессы – рождаются гаммы-кванты, наблюдается многократная ионизация, происходят различные ядерные и фотоядерные реакции. Там с атомов мишени электроны «сдираются» буквально вплоть до самых нижних оболочек. Всё это экспериментально исследуется, но самосогласованное моделирование этих процессов одновременно с классическим электродинамическим PIC-моделированием лазерной плазмы пока производилось достаточно мало или не совсем хорошо. Например, используется подход, в котором первая программа – это PIC-код,– она рассчитывает параметры пучка ускоренных частиц, которые затем подставляются в другую программу. А та уже методом Монте-Карло без всякой электродинамики считает распространение этих частиц в массивной мишени. Такой метод не позволяет адекватно учитывать взаимовлияние пучка частиц и атомов мишени, и поэтому мы сделали следующее – включили в стандартный электродинамический код «КАРАТ» вторую часть расчета. Добавили блоки полевой ионизации, генерации гамма-квантов, ядерных и фотоядерных реакций» – рассказал Степан Андреев.

В первых модельных расчетах учёные исследовали процесс генерации гамма-квантов тормозного излучения при облучении золотой мишени. Лазерный импульс, попадающий на мишень, выбивает из нее электроны, большинство которых начинает колебаться у ее поверхности. Приобретенной в процессе ускорения энергии им недостаточно для того чтобы покинуть мишень с образовавшимся нескомпенсированным положительным электрическим зарядом. Поэтому такие электроны снова и снова падают на мишень и, взаимодействуя с ионами золота, испускают гамма-кванты.

Изображение
Рисунок 1: (а) Генерация гамма-квантов тормозного излучения (стрелочки) при облучении тонкой мишени из золота сверх-интенсивным лазерным импульсом (слева); (б) - траектории электронов, колеблющихся вблизи мишени (см. текст)

После этого внимание учёных переключилось на изучение ядерных реакций между атомами дейтерия. В образовавшейся под воздействием лазерного излучения плазме они могут набирать энергию, достаточную для вступления в реакцию ядерного синтеза (DD-реакцию), которая протекает двумя способами – с образованием гелия-3 и нейтронов или же трития и протонов. Для практических приложений исследователей больше интересовал выход нейтронов в такой реакции, а потому они оценили его для мишени из дейтерированного полиэтилена.

По сравнению с источниками нейтронов на основе ядерных реакторов полученный нейтронный выход оказался не большим, но зато его интенсивность (количество нейтронов в единицу времени) была сравнимой с ними за счет пикосекундной длительности нейтронного импульса.

Кроме того, исследователи нашли способ повысить интенсивность выхода нейтронов – вместо сплошных мишеней из дейтерированного полиэтилена использовать вспененные мишени с микронными размерами полостей, повышающих эффективность d-d реакций.


Изображение
Рисунок 2: Лазерный импульс (слева), воздействующий на слоистую мишень из дейтерированного полиэтилена. Разными цветами показана степень ионизации мишени.

Последние работы Степана Андреева, о которых он рассказывал на Школе молодых ученых, посвящены моделированию еще одного аспекта взаимодействия интенсивного лазерного излучения с твердым телом – фотоядерного процесса расщепления дейтрона (на протон и нейтрон) при столкновении с энергичными гамма-квантами. Энергия таких квантов должна быть больше порога расщепления 2,23 МэВ, а сама процесс тоже может стать источником дорогостоящих нейтронов. Но и здесь учёным пришлось столкнуться с новыми нюансами.

С.Андреев: «Нейтроны это очень дорогое вещество. В одном обзоре автор пытался оценить стоимость унции, и вышло на порядки дороже золота. По его оценкам вообще получилось, что чистые нейтроны это самое дорогое вещество на Земле. В том числе и поэтому у нас в работах интерес в основном к нейтронам. Но в этих последних экспериментах с фотоядерным расщеплением возник большой вопрос: какими должны быть твердотельные мишени? С одной стороны, они должны содержать дейтерий, а с другой, – эффективно генерировать гамма-кванты – значит, иметь тяжелые ядра с большим зарядом. Как совместить эти два требования? Тут пришла идея использовать соединения, которые применяются в топливных элементах. Дейтерид палладия, например. Палладий очень хорошо растворяет водород и дейтерий, а в Черноголовке есть лаборатория, которая может на каждый атом палладия закачать чуть ли не по атому дейтерия. А создать концентрацию 1:0,6 – это вообще запросто. Тяжелое ядро и дейтерий в одном флаконе».

Использование таких мишеней из дейтерида палладия оказалось очень эффективным для фотоядерных реакций, поскольку в этой системе гамма-кванты пространственно рождаются около атомов дейтерия. При моделировании взаимодействия сверх-интенсивных лазерных импульсов с мишенями расчитывались одновременно все три реакции, о которых шла речь выше – генерации гамма-квантов, d-d реакции и фоторасщепления. В результате, оказалось, что нейтроны, рожденные в разных реакциях, отличаются по своим свойствам. Фоторасщепление дает максвелловский спектр распределения нейтронов по энергиям, а длительность их импульса сравнима с фемтосекундными импульсами лазерного излучения. Нейтроны же d-d реакций (их рождается примерно в сто раз больше) обладают фиксированной энергией, и длительность их импульсов составляет сотни фемтосекунд. При этом варьированием толщины мишени можно управлять длительностью нейтронных импульсов. Все эти результаты позволяют исследователям говорить о перспективах создания источников нейтронов с пиковой интенсивностью порядка 1019 с-1, характерной для самых мощных из существующих нейтронных источников и с максимальной плотностью потока нейтронов 1024 с-1см-2, что на восемь порядков превосходит максимальные плотности потоков существующих нейтронных источников.

«Нейтроны очень важны во многих приложениях. Например, в науках о материалах – для нейтронной спектроскопии. Они очень легко проникают в клетку или сложные молекулярные комплексы. Там нейтроны рассеиваются, благодаря чему можно подробно восстановить вид структуры этой материи. А с импульсными нейтронными источниками появляются еще дополнительные возможности – если в клетке происходит какой-нибудь процесс на коротких временах, чтобы его зафиксировать, нужен как раз короткоимпульсный источник. Это как фотография с короткой выдержкой. Но не стоит забывать и о других частицах, которые тоже можно получать при облучении вещества сверхинтенсивными импульсами. Например, хотят получить пучок моноэнергетичных протонов с энергией около 200 МэВ для лечения рака, использования в адронной терапии. Идут эксперименты по лазерному ускорению - формированию ионных и электронных пучков с энергиями до нескольких ГэВ. Конечно, по сравнению с классическими ускорителями это давно пройденный этап, там речь идет о ТэВ-ах. Но зато LHC – это 26 км, и самый дорогой и сложный эксперимент в мире. А лазерная установка, которая выдает 1021 Вт/см2, имеет размеры в пределах комнаты. И эти пучки еще обладают большой плотностью. Поэтому в качестве инжекторов для больших ускорителей их тоже вполне рассматривают» – отметил в заключение С.Андреев.

В ближайшее время исследователи из ИОФ РАН планируют проверить модельные расчеты на практике. Вместе с нижегородской группой под руководством член-корреспондента РАН Александра Михайловича Сергеева (ИПФ РАН) они обсуждают постановку первых, пробных экспериментов по взаимодействию сверхинтенсивных лазерных импульсов с твердотельными мишенями, а нам пока остается с нетерпением ждать первых результатов.

М. Петров, АНИ "ФИАН-Информ"
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33121
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#579   morozov » Чт янв 30, 2014 10:27

Экзотика далеких звезд
Группой российских ученых обоснован механизм сепарации элементов на поверхности химически пекулярных звезд посредством светоиндуцированного дрейфа. В ходе работы Школы молодых ученых, проводимой Физическим институтом им. П.Н. Лебедева в конце 2012 года, академик РАН, профессор, доктор физико-математических наук Шалагин Анатолий Михайлович рассказал о проводимых исследованиях в этой области.

Информацию о звездах мы получаем, анализируя излучение, идущее от них. Спектр излучения содержит в себе, в частности, и информацию об элементном и изотопном составе вещества звезды. Для вещества Вселенной в среднем характерен одинаковый химический состав, такой же, как и для солнечной атмосферы. Данный факт объясняется особенностями нуклеосинтеза, происходившем после Большого взрыва в звездах первого поколения и породившем современный химический состав с наличием тяжелых элементов у большинства звезд и межзвездного вещества. Современные звезды уже не производят тяжелых химических элементов, ограничиваясь в своих термоядерных процессах более «легкой» составляющей. Спектры излучения почти всех звезд однотипны и отражают в себе нормальный элементный и изотопный состав вещества. Исключение составляет только небольшая часть молодых звезд (около 15 %), которые и названы химически пекулярными (или СР-звездами). В их спектре представительство химических элементов (главным образом тяжелых) на порядки отличается от нормального. Более того, по этим характеристикам и между собой CP-звезды сильно различаются. Условно СР-звезды принято делить на холодные (температура атмосферы этих звезд составляет менее 10 тыс. К), горячие (температура атмосферы находится в пределах от 10 до 20 тыс. К) и очень горячие (температура атмосферы – более 20 тыс. К). Начиная с 30-х годов прошлого века, ученые пытаются разгадать загадку этих экзотических объектов, предлагая различные механизмы их формирования.

Как рассказал «ФИАН-Информ» А.М. Шалагин, «...после открытия химически пекулярных звезд долгое время не могли объяснить это явление. Однако, почти сразу астрофизики пришли к выводу, что эти объекты в среднем обладают нормальным химическим составом, но по каким-то причинам происходит сепарация элементов на поверхности, откуда, собственно, мы и получаем информацию: излучение, приходящее от звезд формируется в фотосфере, а это очень незначительный слой от 20 до 100 км на фоне 1 млн. км в диаметре. Как раз механизм сепарации и вызывает живейший интерес со стороны ученых».
Изображение
На рисунке: Относительное содержание элементов одной из химически пекулярных звезд
(показано точками) в сравнении с нормальным содержанием (сплошная линия)

В последние годы группа российских ученых под руководством академика РАН, профессора, доктора физико-математических наук Шалагина Анатолия Михайловича успешно развивает концепцию светоиндуцированного дрейфа как причины необычных характеристик химически пекулярных звезд.
Явление светоиндуцированного дрейфа (СИД), открытое более 30 лет назад, наблюдается в газовых и газоподобных средах под действием резонансного излучения. В лабораторных условиях используется лазерное излучение. Изменяя частоту излучения, можно управлять величиной и направлением дрейфа.
Представим, что имеется смесь двух газов, один компонент которой резонансно поглощает лазерное излучение, а второй газ (буферный) – никак не взаимодействует с излучением. В обычных условиях длина свободного пробега частиц газа является изотропной величиной, т.е. одинаковой во всех направлениях. Однако если на частицы газа подействовать излучением, частота которого находится вблизи от резонансной частоты перехода поглощающих частиц из возбужденного состояния в основное, длина свободного пробега последних становится анизотропной, что приводит к систематическому перемещению (дрейфу) поглощающих частиц относительно частиц буферного газа. Это явление получило название светоиндуцированного дрейфа. В основе эффекта СИД лежит эффект Доплера, обеспечивающий селективное по скоростям возбуждение частиц излучением, и различие транспортных частот столкновений возбужденных и невозбужденных частиц с частицами буферного газа.
Изображение
На рисунке: создаваемые излучением одинаковые по величине, но разнонаправленные
потоки возбужденных (je) и невозбужденных (jg) частиц испытывают различное сопротивление
со стороны буферного газа (из-за различия транспортных частот столкновений),
вследствие чего поглощающие частицы в целом начинают дрейфовать

«В 70-х годах была развита теория сепарации элементов CP-звезд в результате суммарного воздействия светового давления, гравитации и диффузии в атмосфере звезд, эта теория на сегодняшний день считается наиболее предпочтительной. Однако мы, сделав соответствующие оценки, еще в 90-х годах показали, что при условиях существования этих звезд под действием СИД будут наблюдаться более сильные процессы сепарации, на порядок сильнее, чем световое давление» – рассказал Анатолий Михайлович.

Возможность возникновения СИД в химически пекулярных звездах обеспечивается естественными условиями существования самих звезд:
• спокойной неконвективной атмосферой звезды;
• наличием направленного излучения;
• наличием буферного газа;
• доплеровским уширением линий поглощающих атомов;
• наличием асимметрии спектра излучения в пределах линии поглощения – для того, чтобы обеспечить селективное по скоростям возбуждение.
Первое условие очень важно как для СИД, так и для сепарации за счет светового давления, и оно, к счастью, выполняется для молодых звезд. Остальные условия характерны для атмосфер всех звезд.
В качестве буферного газа в таких звездах выступают гелий и водород, которые находятся главным образом в нейтральном состоянии, в то время как все остальные элементы – ионизованы.
Несмотря на достаточно убедительные доводы и оценки, приведенные уже в первых работах, доля публикаций с применением механизма СИД весьма мала по сравнению с работами, опирающимися на механизм светового давления.

«Связано это с тем, что Ж. Мишо, – автор модели, основанной на световом давлении, – в свое время провозгласил, что механизм СИД будет работать только в очень исключительных случаях, для нейтральных атомов, но не для ионов, – пояснил Анатолий Михайлович. – В последние годы появилась возможность опровергнуть это неправильное суждение. Появились литературные данные по потенциалам взаимодействия возбужденных и невозбужденных ионов с водородом и гелием. На их основе мы рассчитали транспортные частоты столкновений и подтвердили, что для ионов будут почти такие же изменения транспортных частот при возбуждении, как и для нейтральных атомов. В некоторых случаях влияние СИД на порядок выше светового давления, возможны ситуации, когда это преобладание составляет меньше или больше данной величины. Но можно сказать однозначно – отвергать светоиндуцированный дрейф в задаче сепарации элементов и изотопов в химически пекулярных звездах ни в коем случае нельзя».

Последние исследования группы российских ученых под руководством Шалагина А.М. позволили уточнить механизм возникновения состава атмосфер СР-звезд различных классов под действием СИД и светового давления, оценить случаи преобладания того или иного механизма.

А.М. Шалагин: «Численные расчеты относительной разности транспортных частот столкновений ионов в основном и возбужденном состояниях при температурах от 300 до 20 000 К показали, что сепарация химических элементов под действием светоиндуцированного дрейфа ионов в условиях атмосфер холодных СР-звeзд может быть на порядок более эффективна по сравнению с сепарацией, обусловленной световым давлением. В атмосферах горячих звезд можно ожидать примерно одинаковую величину проявления эффектов светоиндуцированного дрейфа и светового давления. В очень горячих звездах эффект светоиндуцированного дрейфа проявляется очень слабо, здесь преобладает механизм светового давления».

Эти результаты позволяют не просто примирить разные научные концепции, они открывают совершенно новый взгляд на формирование таких экзотических объектов, как CP-звезды.

Е. Любченко, АНИ «ФИАН-Информ»
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33121
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#580   morozov » Пн фев 03, 2014 15:56

Самый мощный источник магнитных полей в мире может быть создан в России

Новый проект по созданию Российского центра сильных магнитных полей с достижением магнитной индукции до 100 Тл предложен учеными Физического института им. П.Н. Лебедева РАН совместно со специалистами из Массачусетского института технологий (США). В случае принятия к реализации данный проект поднимет научный престиж России в области исследований в сверхсильных магнитных полях на первое место в мире. Руководитель проекта с российской стороны, Пудалов Владимир Моисеевич, доктор физико-математических наук, заведующий отделом высокотемпературной сверхпроводимости и наноструктур ФИАН, рассказал о его перспективах в беседе с корреспондентом «ФИАН-Информ».



Исследования в сильных магнитных полях издавна привлекают ученых всего мира возможностью глубже понять молекулярные и атомные свойства вещества. Магнитные поля действуют на элементарные магнитные моменты электронов или ядер, позволяя изучать их отклик в широком диапазоне частот. Хорошо известный пример – медицинские магнитно-резонансные томографы – работают с полями в единицы Тесла. Чем сильнее магнитное поле, тем более ценную информацию можно получить из магнитных измерений. Хорошо понимая это, Петр Капица еще в 20-е годы прошлого века, работая у Эрнеста Резерфорда в Кембридже, создавал рекордные по тем временам поля до 32 Тл, но длительностью всего лишь в сотую долю секунды. В 1930-х годах получением сверхсильных магнитных полей занимался американский физик Фрэнсис Биттер, который смог создать не импульсные, а стационарные поля до 10 Тл с помощью изобретенных им медных электромагнитов специальной конструкции, которые с тех пор называются «Биттеровскими». Лаборатория в Массачусетском институте технологий (MIT) в Бостоне, в которой он работал, стала впоследствии называться его именем и до сих пор является мировым центром, где разрабатываются сверхсильные магниты.

На сегодняшний день в мире существует только три специализированных центра, в которых получают сильные магнитные поля с магнитной индукцией около 40 Тл. Это Лабораториии сверхсильных полей в Талахасси (США), в Гренобле (Франция) и Наймегене (Нидерланды). Такие магнитные установки сопоставимы по масштабам с крупными заводскими корпусами, являются крайне дорогостоящими, энергоемкими, и функционируют как центры коллективного пользования, в которые могут приехать исследователи из разных стран и провести там свои эксперименты. В России же сейчас максимальное стационарное поле, доступное для исследователей, составляет 21 Тл; такой сверхпроводящий магнит функционирует в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН, также в режиме коллективного пользования.

Специалисты из России имеют возможность провести свои исследования в этих зарубежных центрах, однако существует ряд ограничений, сильно затрудняющих работу и, тем более, дальнейшее практическое использование результатов таких исследований именно в России. Поэтому наличие собственного центра сверхсильных магнитных полей – это не только проблема проведения актуальных научных исследований на передовом уровне, но и вопрос престижа страны и демонстрации ее технологического уровня.


Изображение
На фото: Пудалов В.М., доктор физико-математических наук, заведующий отделом высокотемпературной сверхпроводимости и наноструктур Физического института им. П. Н. Лебедева РАН



Недавно специалистами из MIT (США) совместно со специалистами из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН разработан проект создания серии источников магнитных полей на основе только сверхпроводниковых материалов, с индукцией до 100 Тл, что в 2,5 раза выше существующих рекордных полей. Реализация данного проекта рассчитана на 10 лет и предполагает строительство для 100 Тл магнита отдельного здания, высотой 20 метров. Однако уже через 3…5 лет может быть создан первый, самый «маленький» из этих магнитов – в 40 Тл. Несмотря на свои миниатюрные лабораторные размеры, около 60 см в диаметре, данный магнит сразу выводит Россию на один уровень с тремя подобными мировыми центрами и открывает широкие перспективы развития российских технологий. В России очень много талантливых ученых и гениальных теоретических разработок, которым нужна экспериментальная база.



Пудалов Владимир Моисеевич: «Если посмотреть на список Нобелевских премий, то очень большое количество из них было получено благодаря тому, что ученые имели доступ к сильным магнитным полям. Даже если в названии Нобелевской премии в области физики не звучит понятие «сильные магнитные поля» или «сверхпроводимость», то стоит посмотреть поглубже, и оказывается, что за этим в большинстве случаев стоят эксперименты, сделанные в сильных магнитных полях. Если у нас в России будет доступ к источнику сильных магнитных полей в 40 Тл и, впоследствии, в 100 Тл – это откроет нам дверь в будущее».



Строящаяся в настоящий момент Лаборатория высокотемпературной сверхпроводимости и сверхпроводниковых наноструктур, располагает всей необходимой технической базой для реализации на своей территории данного уникального проекта. Лаборатория будет расположена в одном из корпусов ФИАН, в котором сейчас ведутся серьезные работы по реконструкции. Вдохновитель Лаборатории, выдающийся российский физик Виталий Лазаревич Гинзбург, всю жизнь посвятил исследованиям «сверхпроводимости» и мечтал о красивом и естественном применении сверхпроводников. К сожалению, революционная идея такого применения для создания источника сильных магнитных полей возникла уже после его ухода из жизни. Основой идеи стали разработки новых сверхпроводников, способных работать в более сильных магнитных полях.

Для изготовления самого магнита потребуется большое количество специальной ленты из прочного и сверхпроводящего материала, производство которой уже сейчас возможно в России. Таким образом, весь проект может быть осуществлен целиком с помощью российских технологий и материалов. А параллельно проводимые в ФИАН исследования направлены на разработку новых, еще более совершенных сверхпроводниковых материалов, приближая осуществление мечты В.Л. Гинзбурга и упрощая создание сверхсильных магнитов.

Какие потрясающие открытия последуют из экспериментов в настолько сильных магнитных полях, в 100 Тл – невозможно пока даже представить. Этот проект может стать ключевым событием в развитии современной физики и подарить России ультрасовременные технологии, которые выведут нас на принципиально новый экономический уровень в мире.

Е. Барчугова, АНИ «ФИАН-Информ»
С уважением, Морозов Валерий Борисович

FENIMUS
Сообщения: 984
Зарегистрирован: Пн мар 31, 2008 11:57
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#581   FENIMUS » Вт фев 04, 2014 14:30

Если российская наука что-то изучает, можно быть на 90% уверенным, что это нужно военным..
Возможно это для взрывомагнитного генератора для рельсотрона. 4 минута видео..

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33121
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#582   morozov » Ср фев 05, 2014 12:55

Как описать кварки в классической теории

Сегодня существует уже множество свидетельств существования кварков в качестве составляющих протонов, нейтронов и многих других элементарных частиц, но наблюдать сами кварки в свободном состоянии до сих пор никому не удавалось. Более того, это считается принципиально невозможным, а само явление удержания кварков называется термином «конфаймент». О новом подходе, предлагающем объяснение конфаймента с неожиданных позиций классической физики, на Гинзбурговской конференции рассказал Вячеслав Муханов, профессор мюнхенского университета Людвига-Максимиллиана и один из самых авторитетных специалистов в области теоретической физики.



Вячеслав Муханов: «Мне удалось показать, что множество явлений, которые потенциально являются квантовыми и трактуются с привлечением квантовой теории поля, можно объяснить и в классической физике. Просто взять нормальные, классические уравнения, начать их решать – и кучу всего открыть, чему приписывалось квантовое происхождение. Более того, эта теория, которую я рассматривал, оказывается еще и очень простой, не надо, например, никакие вакуумные флуктуации рассматривать. В результате, в классической теории это может оказаться существенным для понимания конфаймента»



Хронологически первое свидетельство существования кварков появилось после опытов по рассеянию электронов на протонах. В них было видно, что электроны взаимодействуют с протонами не как с целыми частицами, а рассеиваются на их неких отдельных составляющих. Подобных косвенных свидетельств стало вполне достаточно для развития представлений о кварках, фундаментальных частицах, запертых в крошечных объемах других элементарных частиц с радиусом в 10-15 м. По представлениям квантовой хромодинамики каждый кварк обладает определенным цветовым зарядом, а принципиально наблюдать в природе мы можем лишь бесцветные комбинации таких зарядов – например, протон состоит из «красного», «синего» и «зеленого» кварка. Однако на сегодняшний день в квантовой теории не существует однозначных расчетов, позволяющих описать это явление конфаймента и способных предсказывать какие-либо другие явления, как, например, методы квантовой теории позволяют рассчитывать электронные уровни атома водорода.



«Сейчас конфаймент, к сожалению, не понимается почти никак на фундаментальном уровне. Есть лишь некоторые представления о его природе, но все они обычно априорные. Вот люди хотят, чтобы так было, чтобы струны, например, отвечали за связь кварков в адронах, и все. А вывести из фундаментальной теории этого не удавалось и не удается. Так что пока конфаймент описывается квантовой хромодинамикой в терминах ренорм групп. И при высоких энергиях описывается даже хорошо. А вот в других случаях … Мы предлагаем сделать такой шаг, который поможет понять конфаймент в классических теориях и не отменить квантовые представления, что важно, а подтвердить их» – Вячеслав Муханов



В своем докладе на Гинзбуровской конференции Вячеслав Муханов как раз рассказал о последних его с коллегами работах в этом направлении. С подходов классической теории поля им удалось восстановить структуру ренорм групп и получить свидетельства некоторых чисто квантовых эффектов – конфаймента кварков и размерной трансмутации. Так, в режиме сильной связи было получено, что энергия изолированного внешнего цветного заряда положительна и бесконечна, а, значит, этот заряд не может существовать в таком асимптотически свободном состоянии. Энергия же диполя, составленного из противоположных зарядов оказывается положительной и, напротив, конечной. При этом с увеличением расстояния она бесконечно возрастает, что и объясняет связывание зарядов.



«Цветное состояние с бесконечной энергией – это еще только половина дела. Ведь теперь еще нужно предложить какое-то физическое описание тому, как бесцветные состояния возникают. Как мы с бесконечности, проделывая бесконечную работу, притаскиваем эти окрашенные кварки и составляем из них бесцветные элементарные частицы. Муханов сейчас очень увлечен этой темой и мы ждем новых результатов. При выводе он сделал много правдоподобных предположений, но все эти наблюдения еще нужно проверить – насколько они корректны и оправданны. И если он, так сказать, привлечет внимание сообщества к своим соображениям, то оно, конечно, проверит их уже детальными расчетами» – резюмирует Игорь Тютин, профессор и главный научный сотрудник отделения теоретической физики ФИАН.
Изображение
Рисунок 1. Диполь или струна? В своем выступлении Вячеслав Муханов использовал аналогию с электрическим диполем (нижняя картинка). При этом поле двух противоположных электрических зарядов на большом расстоянии от них убывает слабо. В струнном же подходе поле обнаруживается только в определенной области (верхняя картинка, поле сильно убывает на больших расстояниях). По-видимому, более реальная картина может возникнуть в более сложных моделях, включающих, в частности, неабелевы янг-миллсовские поля.


М. Петров, АНИ «ФИАН-Информ»14.05.2013
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33121
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#583   morozov » Чт фев 06, 2014 15:55

Объявлены планы Ключевой научной программы РадиоАстрон на период июль 2013 г. – июнь 2014 г.
Как сообщалось ранее, для максимально эффективного использования ресурсов наземно-космического интерферометра РадиоАстрон (орбитальный радиотелескоп Спектр-Р), был объявлен конкурс заявок на проведение экспериментов в рамках открытой Ключевой Научной Программы проекта. Астрокосмический центр ФИАН объявил результаты рассмотрения заявок и, соответственно, подробности программы на период июль 2013 – июнь 2014 гг.

Изображение
По сообщению Астрокосмического центра ФИАН, на открытый конкурс Ключевой Научной Программы «РадиоАстрон» заявки подали около 200 специалистов из 19 стран мира (Россия, США, Германия, Австралия, Италия, Нидерланды, Великобритания, Украина, Испания, Япония, Южная Корея, Южная Африка, Польша, Канада, Китай, Венгрия, Мексика, Индия, Греция). Российские заявители представляют четыре института Российской академии наук ̶̶ ФИАН, ИПА, ИКИ и ГАО Пулково, а также два университета ̶ МГУ и УрФУ. Заявки ориентированы на период времени AO-1: июль 2013 г. – июнь 2014 г. (http://www.asc.rssi.ru/radioastron/ao-1/ao1.html)
Научная экспертиза проектов осуществлялась международным научным советом экспертов РадиоАстрон. В него входят: Phil Edwards (председатель, CSIRO, Австралия), Tim Pearson (Caltech, США), Михаил Попов (АКЦ ФИАН, Россия), Richard Porcas (MPIfR, Германия), Elaine Sadler (Университет Сиднея, Австралия) и Mark Reid (Harvard-Smithsonian CfA, США). Результаты экспертизы утверждены руководителем проекта РадиоАстрон академиком РАН Н.С. Кардашевым. Из предложенных проектов Советом отобрано семь. Наименования программ представлены ниже в порядке приоритетности, начиная с наивысшей.

Группа A:
• «Обзор ядер активных галактик с наивысшим угловым разрешением» (PI: Юрий Ковалев, АКЦ ФИАН, Россия);
• «Исследования пульсаров с РадиоАстрон» (PI: Carl Gwinn, Университет Калифорнии, Санта Барбара, США).

Группа B:
• «Структура ядер в близких галактиках с разрешением 3-500 радиусов Шварцшильда» (PI: Tuomas Savolainen, Институт радиоастрономии общества Макса Планка, Германия);
• «Магнитные поля в джетах активных галактик» (PI: James Anderson, Институт радио-астрономии общества Макса Планка, Германия).

Группа C:
• «Внутренняя структура и физика компактных джетов в активных галактиках» (PI: Manel Perucho, Университет Валенсии, Испания);
• «Наблюдения радиотранзиентов при помощи наземно-космической интерферометрии» (PI: Кирилл Соколовский, АКЦ ФИАН и ГАИШ МГУ, Россия);
• «Исследования водяных и гидроксильных мазеров с экстремальным угловым разрешением» (PI: Андрей Соболев, Уральский Федеральный Университет, Россия).

Представитель АКЦ ФИАН, координатор научной программы РадиоАстрон д.ф-м.н. Юрий Ковалёв так комментирует ситуацию: «Переход к этапу реализации открытой Ключевой программы знаменует собой новый важный шаг для Проекта и все мы ожидаем, что он принесет много новых интересных открытий в развитие успешной ранней научной программы РадиоАстрон».

АНИ "ФИАН-Информ" по материалам АКЦ ФИАН
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33121
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#584   morozov » Сб фев 08, 2014 20:20

Построена гипотеза влияния сверхмассивной чёрной дыры на излучение из центра Млечного Пути

В Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН создана модель, описывающая влияние активности сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики на исходящее из этого района излучение. Работа была представлена на организованной институтом XIV Школе молодых учёных «Актуальные проблемы физики».



В прошлом году астрономы зафиксировали самую значительную за всё время наблюдений вспышку излучения сверхмассивной чёрной дыры Стрелец A*, расположенной в центре нашей галактики. Хотя пик интенсивности составил всего 700 высокоэнергетических фотонов, этот показатель превысил среднюю для Стрельца A* интенсивность примерно в 150 раз. Сообщение облетело научные блоги и СМИ за несколько недель до проведения в Звенигороде XIV Школы молодых учёных, на которой была представлена работа, посвящённая влиянию активности этой чёрной дыры на излучение из центра Млечного пути.

Автор исследования, научный сотрудник ФИАН, кандидат физико-математических наук Дмитрий Чернышов отмечает, что по сравнению с другими чёрными дырами подобной массы у Стрельца А* излучение действительно имеют довольно низкую интенсивность. Однако некоторые данные указывают на то, что в прошлом она проявляла себя намного «ярче». Оказывается, всего 100 лет назад яркость чёрной дыры в рентгеновском диапазоне была в 1 млн. раз выше, и длительность этой вспышки составляла как минимум несколько лет (для сравнения – самая яркая вспышка Стрельца А* за всю историю наблюдений была лишь в 1000 раз выше средней интенсивности и длилась всего час).

В качестве возможной причины повышенной яркости учёные называют приливное разрушение и аккреция чёрной дырой некоего объекта, чья масса сравнима с несколькими массами Земли. Гораздо больший эффект оказывает приливное разрушение звёзд, подходящих на опасное расстояние к чёрной дыре. Выбрасываемая при этом энергия может на два порядка превосходить энергию взрыва сверхновых звёзд. Судя по динамике звёзд в окрестностях, центральная чёрная должна захватывать их каждые 10 тысяч – 100 тысяч лет.

Изображение
Рентгеновское изображение центральной части Млечного Пути (снимок сделан космической рентгеновской обсерваторией Chandra).


Учёный обратил внимание на то, что эти процессы могут серьёзно влиять на излучение, идущее из центра Млечного Пути.



Дмитрий Чернышов: «Приливные разрушения могут отвечать за целый ряд астрофизических явлений. Мы выделяем три проблемы: формирование аннигиляционной линии 511 кэВ, происхождение рентгеновского излучения из галактического центра и появление так называемых “пузырей Ферми” (гигантских структур гамма-излучения в виде пузырей, расположенных симметрично сверху и снизу от центра Галактики)».



Аннигиляционная линия на энергии 511 кэВ – это ярчайшая линия в спектре излучения Млечного пути на энергиях, превышающих 10 кэВ. Такое название она получила потому, что излучение образуется в процессе аннигиляции: электроны сталкиваются со своими античастицами, позитронами, и на их месте появляются два или три кванта гамма-излучения (фотоны большой энергии). При рождении двух фотонов каждый из них имеет энергию, равную массе покоя электрона или позитрона, – 511 кэВ. Несмотря на то, что аннигиляционную линию изучают уже не первое десятилетие, однозначного мнения о её происхождении нет. Прежде всего, это связано с тем, что до сих пор не выяснена природа происхождения главных «участников» этого процесса – позитронов.

В качестве возможных первопричин рентгеновского излучения учёные рассматривают различные явления, в первую очередь – свет большого количества неразличимых источников и тепловое излучение горячей плазмы. В данном случае за основу была взята вторая гипотеза.



Дмитрий Чернышов: «Если эта теория верна, то возникает вопрос об источнике энергии, питающем эту плазму. Приливное разрушение звёзд чёрной дырой как раз обладает достаточной для этого мощностью».



Что касается Ферми-пузырей – протяжённых структур гамма-излучения, обнаруженных в 2010 году с помощью обсерватории «Ферми», – предполагается, что они образовались за счёт ударных волн, которые появляются при захвате звёзд центральной чёрной дырой. Происходит это следующим образом. Когда звёзда вплотную приближаются к чёрной дыре, она разрушается приливными силами и «захватывается» ядром галактики. Энергия, высвобождающаяся при захвате, нагревает газ вокруг чёрной дыры и порождает ударные волны – источник заряженных частиц высокой энергии, необходимых для формирования Ферми-пузырей.

В научной литературе для каждого из этих явлений уже построена как минимум одна модель, предлагающая объяснение интенсивности космического излучения и его спектральных свойств. Автор работы отмечает, что модели строятся на различных предположениях об источниках энергии и механизмах ускорения частиц до высоких энергий, однако поскольку все эти объекты расположены вблизи центра нашей Галактики, вероятно, их появление связано с активностью сверхмассивной чёрной дыры Стрелец А*.

Представленное исследование примечательно тем, что может объяснить «географию» центра Млечного Пути в рамках единой модели, которая, к тому же, хорошо согласуется с наблюдаемой интенсивностью и спектральными свойствами излучения. За цикл работ по этой теме Дмитрию Чернышову была присуждена премия им. П.Н. Лебедева в рамках молодёжного конкурса Учебно-научного комплекса ФИАН в 2012 году.



О. Овчинникова, АНИ "ФИАН-Информ"
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33121
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#585   morozov » Пн фев 10, 2014 12:09

В ФИАН прошли XXXVII Вавиловские чтения

Изображение
27 марта 2013 года в Физическом институте им. П.Н. Лебедева состоялись XXXVII Вавиловские чтения, посвященные 122-летию со дня рождения Сергея Ивановича Вавилова. В заседании, кроме сотрудников ФИАН, приняли участие представители МГУ, Института кристаллографии им. П.В. Шубникова, ФТИ им. А.Ф. Иоффе и многие другие.



На прошедших в ФИАНе 27 марта Вавиловских чтениях выступавшие не только вспоминали выдающегося ученого и общественного деятеля С.И. Вавилова, но и рассказывали о новых интересных результатах исследований, направления которых были определены Сергеем Ивановичем. Традиционно в начале заседания со вступительным словом выступил заведующий отделом люминесценции им. С.И. Вавилова ФИАН А.Г. Витухновский.

Академик С.И. Вавилов (24.03.1894 – 25.01.1951) – одна из самых ярких фигур российской и советской науки. Он известен как блистательный физик, выдающийся организатор и популяризатор науки, с его именем во многом связано становление отечественной школы физической оптики.

Увлечение С.И. Вавилова физикой началось еще в школьные годы и закрепилось в студенческие. Знакомство с П.И. Лебедевым и работа в его лаборатории, начиная со 2 курса, навсегда определили основное направление физических исследований Сергея Ивановича – оптика и оптические явления. Оптические явления, а точнее люминесценция, стали его «любовью» на всю жизнь.

Мало кому известно, но именно С.И. Вавилов ввел такой термин как «нелинейная оптика» в результате ряда экспериментов, проведенных еще в 1925 году совместно с В.Л. Левшиным, когда было обнаружено уменьшение показателя поглощения уранового стекла при больших интенсивностях света. Совместные исследования этих двух выдающихся ученых по флуоресценции и фосфоресценции и их природы получили широкое признание мировой общественности. В частности, на их значимость и неоценимый вклад в развитие оптики указывали такие крупные мировые ученые, как А. Эйнштейн, М.Планк, М. фон Лауэ и др.

Ему же принадлежит и авторство другого понятия – квантовый выход люминесценции. Изучая квантовую природу люминесценции, Сергей Иванович установил, что квантовый выход при люминесценции не зависит от длины волны возбуждающего света (закон С.И. Вавилова).

Изображение
На фото: А.Г. Витухновский

Работы по люминесценции под его руководством в Государственном оптическом институте (г. Ленинград) привели к открытию эффекта, известного в России как эффект Вавилова-Черенкова. Сам П.А. Черенков, получивший в 1958 г. вместе с И.М. Франком и И.Е. Таммом Нобелевскую премию за «открытие и объяснение эффекта Черенкова» (как он известен во всем мире), отмечал, что это открытие было бы невозможно без научного руководства С.И. Вавилова, которого к моменту вручения премии уже не было в живых.

Известен Сергей Иванович и как выдающийся организатор. Благодаря ему в 1934 г. был организован Физический институт им. П.Н. Лебедева, директором которого он был до конца своей жизни. Именно Сергею Ивановичу принадлежит идея создания этого института, организация и формирование основных принципов его работы, в соответствии с которыми институт функционирует до сих пор. Над созданием и развитием ФИАН С.И. Вавилов работал, одновременно сохраняя должности зав. лабораторией люминесцентного анализа и зам. директора по научной части Государственного оптического института. Наиболее тяжелое время его руководства пришлось на годы Великой отечественной войны: эвакуация, организация плодотворной научной работы обоих институтов над военными тематиками, возвращение и налаживание работы в послевоенное время – все это легло на плечи Сергея Ивановича, которому приходилось постоянно перемещаться из Казани (где размещался ФИАН) в Йошкар-Олу (где располагался ГОИ) и обратно.

С 1932 г. С.И. Вавилов являлся членом Академии наук СССР. Интересен его вклад, мало кому известный, в создание Института кристаллографии им. А.В. Шубникова. Организационные и даже политические советы Сергея Ивановича энтузиасту кристаллографии А.В. Шубникову, его твердая поддержка сыграли немаловажную роль в том, что этот институт был создан. Как отмечал один из докладчиков XXXVII Вавиловских чтений главный научный сотрудник Института кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН Л.А. Фейгин:



«... из переписки Сергея Ивановича и Алексея Васильевича (Шубникова – прим. ред.), ясно видно, что уже в те годы Вавилов являлся не просто видным ученым, но и незаурядным организатором. Стиль его письма, рекомендации Шубникову – во всем виден талант политика и организатора. Видимо, организаторские способности были, что называется, в крови у Сергея Ивановича».



В 1945 г. Сергея Ивановича избирают президентом АН СССР. Сегодня можно встретить обвинения С.И. Вавилова в приспособленчестве, предательстве многих советских ученых того времени. Однако это не так. Нельзя забывать, что время руководства Академией С.И. Вавиловым пришлось на один из самых тяжелых периодов в истории отечественной науки: августовская сессия ВАСХНИЛ 1948 г., борьба с «космополитизмом» 1949 г, дискуссия по вопросам языкознания и «павловская сессия» 1950 г. Сергею Ивановичу приходилось заниматься вопросами спасения и смягчения судеб своих коллег-ученых на фоне личной трагедии – ареста и гибели брата, Николая Ивановича Вавилова. Вряд ли нам до конца удастся понять, что пришлось пережить Сергею Ивановичу в эти годы, на какие морально-этические жертвы приходилось идти ради спасения Академии наук в целом. Как писал в своих воспоминаниях И.М. Франк, «если бы ... президент выступил против Лысенко, т.е. по существу против воли самого Сталина, то это, вероятно, было бы расценено как вражеская вылазка, причем не только Вавилова, но всех ученых, которых он представлял. Страшно подумать, какой удар мог быть тогда нанесен науке». Очевидно, понимание этого и приводило к тому, что С.И. Вавилов смирялся и действовал в интересах всего научного сообщества, порой против собственной воли.



Л.А. Фейгин: «Если почитать дневники Сергея Ивановича, понимаешь, какую трагедию переживал этот человек – он все прекрасно понимал, знал, что необходимо сделать, как правильно следует поступить, и ничего не мог сделать. Знал и понимал, но – не мог. Ему приходилось очень тяжело. Возможно, поэтому он ушел так рано из жизни – просто не выдержал такого напряжения».



Кроме научной и организаторской работы Сергей Иванович огромное значение придавал и научно-просветительской деятельности, популяризации науки. Его первые научно-популярные работы, а их известно более 150, вышли еще в двадцатые годы. Под руководством Сергея Ивановича Вавилова было создано общество «Знание», печатным органом которого стал журнал «Наука и жизнь». В 1949 году Совет Министров СССР назначил С.И. Вавилова главным редактором второго издания Большой Советской энциклопедии, что он воспринял с большим энтузиазмом.



Но, несомненно, наибольшее значение в научном мире все же отдается С.И. Вавилову именно как одному из отцов отечественной оптики. Его работы, о некоторых из них упоминалось выше, легли в основу множества современных исследований. Об этом также рассказывали докладчики XXXVII Вавиловских чтений.

Изображение
На фото: Д.Р. Хохлов

Доклад зав. кафедрой общей физики и физики конденсированного состояния МГУ Д.Р. Хохлова был посвящен созданию и развитию новых источников излучения – терагерцовых лазеров, – и их применению в науке, технике и космических технологиях. Был отмечен факт первенства отечественных работ – одну из первых работы по оптике в терагерцовом диапазоне проводила еще в 1915-1924 гг. А.А Глаголева-Аркадьева.

Интерес к терагерцовым источникам излучения вызван, прежде всего, широким спектром их возможного применения: медицинские приложения (онкология, стоматология); системы безопасности (поиск и обнаружение взрывчатых веществ); мониторинг концентрации тяжелых органических молекул; метеорология; терагерцовая астрономия. В последних двух приложениях особый интерес представляет возможность оценки астероидной опасности. Однако, как отмечал в своем докладе Д.Р. Хохлов, в развитии терагерцовой астрономии есть одна проблема – чувствительность фотоприемников и связанные с ней ограничения, которые мешают их активному внедрению в космические технологии. Группа исследователей под руководством Д.Р. Хохлова для решения этих проблем предложила использовать фотоприемники на основе теллурида свинца. Оптическим свойствам этих сплавов и возможности их применения и была посвящена основная часть доклада Д.Р. Хохлова.

Изображение
На фото: З.Ф. Красильник

Доклад директора Института физики микроструктур РАН З.Ф. Красильника, был посвящен проблемам развития кремниевой оптоэлектроники. В своем докладе Захарий Фишелевич рассказал о перспективах развития оптических соединений для сверхскоростных коммуникационных каналов, сделав основной упор на исследования в области кремниевых светоизлучающих наноструктур.

Кремниевая микроэлектроника играет исключительную роль в обществе и в экономике. При бурном росте информационных технологий на сегодняшний день основными являются две проблемы: повышение скорости передачи данных и рост энергопотребления. Обе эти проблемы могут достаточно успешно решаться путем использования оптических межсоединений. При этом для создания таких межсоединений весьма удачным материалом может являться кремний, но не в чистом виде, а в виде сложных наноструктур на его основе. Шаг за шагом создавая технологию роста упорядоченных массивов квантовых точек с заданными оптическими свойствами, наши ученые научились создавать свето- и фотодиоды с необходимыми люминесцентными свойствами, работающими, в т.ч., и при комнатной температуре. В заключение З.Ф. Красильник отметил:



«Фотонные кристаллы и наноплазмонные эффекты могут радикально повысить скорость спонтанного излучения кремниевых наноструктур и открыть дорогу к кремниевому лазеру. В России накоплен огромный потенциал в области технологии кремниевых светоизлучающих наноструктур, а, следовательно, есть основа для кооперации как внутри страны, так и с зарубежными партнерами. Ближайшие годы обещают быть богатыми на события в области кремниевых оптических межсоединений и главное – не упустить свой шанс и по-прежнему остаться на острие науки».



Доклад, представленный сотрудником ФТИ им. А.И. Иоффе В.В. Бельковым, был посвящен спиновым фототокам в полупроводниковых гетероструктурах, а именно – циркулярному и магнитоиндуцированному фотогальваническим эффектам – современным и актуальным исследованиям на стыке оптики и физики твердого тела.

Василий Валентинович отметил, что интерес к спиновым полупроводникам появился сравнительно недавно, «на рубеже тысячелетий», а началось все со спинтроники. Можно сказать, что наша жизнь зависит от спиновых явлений тем или иным образом. Связано это, прежде всего, с магнитными свойствами кислорода, который является основой всей органической жизни на Земле. А потому понимание спиновых явлений напрямую связано с развитием нашей цивилизации.

В заключение XXXVII Вавиловских чтений председатель заседания А.Г. Витухновский заметил:


«Основная задача Вавиловских чтений состоит в том, чтобы познакомить участников с самыми современными и перспективными направлениями исследований в области оптики и люминесценции. Причем, уникальность мероприятия состоит в том, что за 37 лет проведения Вавиловских чтений состав докладчиков еще ни разу не повторился. С одной стороны, это вызывает большой интерес к данному мероприятию со стороны физического научного сообщества, а с другой стороны является показателем того, насколько актуальны и разносторонни исследования, основоположником которых в России явился Сергей Иванович Вавилов».

Е.Любченко, АНИ «ФИАН-Информ»
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»