• Не потеряли ли на Большом адронном коллайдере свидетельства наличия новой физики?

    • Перевод


    Детектор частиц ATLAS на БАК в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве, Швейцария. БАК, построенный внутри подземного туннеля окружностью в 27 км, является крупнейшим и мощнейшим ускорителем частиц и крупнейшей машиной в мире. Но он способен записывать лишь малую долю собираемых им данных.

    В Большом адронном коллайдере протоны одновременно кружатся по часовой и против часовой стрелки, и сталкиваются друг с другом, двигаясь при этом со скоростью, составляющей 99,9999991% от скорости света. В двух точках, где по схеме должно происходить наибольшее количество столкновений, построены огромные детекторы частиц: CMS и ATLAS. После миллиардов и миллиардов столкновений, произошедших на таких огромных энергиях, БАК позволил нам продвинуться дальше в нашей охоте за фундаментальной природой Вселенной и пониманием элементарных строительных блоков материи.

    В сентябре прошлого года БАК отметил 10 лет своей работы, открыв бозон Хиггса, что стало его главным достижением. Но, несмотря на эти успехи, на нём не было обнаружено никаких новых частиц, взаимодействий, распадов или новой фундаментальной физики. А что хуже всего – большая часть данных, полученных с БАК, навсегда теряется.
    Читать дальше →
  • Спросите Итана: если свет сжимается и расширяется вместе с пространством, как мы можем засечь гравитационные волны?

    • Перевод

    Вид с воздуха на детектор гравитационных волн Virgo, расположенный в муниципалитете Кашина близ города Пиза в Италии. Virgo – это гигантский лазерный интерферометр Майкельсона с плечами длиной по 3 км, дополняющий два одинаковых детектора LIGO длиной по 4 км.

    За последние три года у человечества появился новый тип астрономии, отличающийся от традиционных. Для изучения Вселенной мы уже не просто ловим свет телескопом или нейтрино при помощи огромных детекторов. Кроме этого, мы также впервые можем видеть рябь, присущую самому пространству: гравитационные волны. Детекторы LIGO, которые теперь дополняет Virgo, и скоро будут дополнять ещё KAGRA и LIGO India, обладают чрезвычайно длинными плечами, которые расширяются и сжимаются при проходе гравитационных волн, выдавая обнаруживаемый сигнал. Но как это работает? Наш читатель спрашивает:
    Если длины волн света растягиваются и сжимаются вместе с самим пространством-временем, как LIGO может обнаружить гравитационные волны? Они ведь расширяют и сжимают два плеча детектора, поэтому волны внутри них тоже должны расширяться и сжиматься. Разве укладывающееся в плечо количество длин волн не будет оставаться постоянным, в результате чего интерференционная картина не будет меняться, и волны будет нельзя засечь?

    Это один из самых распространённых парадоксов, которые представляют себе люди, размышляющие о гравитационных волнах. Давайте разберёмся и найдём ему решение!
    Читать дальше →
  • Как не обмануться, занимаясь физикой

    • Перевод

    Специалисты по физике частиц и астрофизики применяют разнообразные инструменты во избежание получения ошибочных результатов




    В 1990-х в эксперименте, проводившемся в Лос-Аламосе, примерно в 55 км к северо-западу от столицы Нью-Мексико, вроде бы обнаружилось что-то странное.

    Учёные разработали детектор нейтрино с жидким сцинтиллятором [Liquid Scintillator Neutrino Detector] в Национальной лаборатории Лос-Аламоса при Министерстве энергетики США для того, чтобы подсчитывать нейтрино — неуловимые частицы, бывающие трёх типов и редко взаимодействующие с другой материей. На LSND искали свидетельства нейтринных осцилляций – перехода нейтрино из одного типа в другой.

    В нескольких предыдущих экспериментах были обнаружены признаки подобных осцилляций, из чего следовало, что у нейтрино имеются небольшие массы, не входящие в Стандартную Модель, главную теорию физики частиц. Учёные на LSND хотели заново проверить те ранние измерения.
    Читать дальше →
    • +25
    • 7,3k
    • 2
  • Какие миры смогут выжить после гибели Солнца?

    • Перевод


    Когда у нашего Солнца закончится горючее, оно станет красным гигантом, а затем превратится в планетарную туманность с белым карликом в центре. Туманность Кошачий Глаз – великолепный и красочный пример этой возможной судьбы, а замысловатая, многослойная и асимметричная форма этой туманности говорит о возможном наличии у звезды компаньона.

    Ничто на Земле не вечно, и эта истина простирается даже на те объекты, что мы видим в нашем небе. Солнце, дарящее свет и тепло всем мирам Солнечной системы, будет сиять не вечно. Сейчас в его ядре происходит синтез гелия из водорода, в результате чего с каждой ядерной реакцией небольшое количество массы превращается в чистую энергию, согласно эйнштейновскому E = mc2.

    Но это не может продолжаться вечно, ибо количество топлива в ядре ограничено. Солнце уже потеряло в этом процессе массу, эквивалентную массе Сатурна, а через 5-7 млрд лет полностью израсходует всё горючее в ядре. Раздувшись до красного гиганта, оно в результате сбросит внешние слои, породив планетарную туманность, а его ядро сожмётся и превратится в белого карлика. Для внешнего наблюдателя это будет прекрасный и красочный вид. Но внутри Солнечной системы это приведёт к катастрофе.
    Читать дальше →
  • Почему учёные считают, что Девятой планеты не существует

    • Перевод

    Представление художника о Девятой планете, как о ледяном гиганте, затмевающем центр Млечного пути, с изображённой на фоне солнцеподобной звездой. Орбита Нептуна показана как небольшой эллипс вокруг Солнца.

    Прошло почти три года с момента появления одного из наиболее интересных предположений, касающихся нашего собственного космического двора: что далеко за пределами орбиты Нептуна в нашей Солнечной системе может существовать ещё одна планета, ещё более массивная, чем Земля. В отличие от крохотных миров, обнаруженных ранее в поясе Койпера, типа Плутона или Эриды, это может быть мир больше Земли, с массой, вероятно, в десять раз превышающей земную, и отвечающий за придание видимым нам объектам странных орбит.

    Как предположили Константин Батыгин и Майкл Браун, в пользу её существования должны говорить дополнительные доказательства, некоторые из которых начали проявляться. Однако большая часть учёных не согласна с этими доказательствами. Они утверждают, что эти данные предвзяты. И если учесть это, то никакая Девятая планета уже не нужна.
    Читать дальше →
  • Величайшая ошибка в истории физики

    • Перевод

    Сегодня мы считаем, что все частицы, от массивных кварков до безмассовых фотонов, имеют двойную корпускулярно/волновую природу. Сотни лет назад люди рассматривали только частицы. Но в 1818 году волнам суждено было совершить триумфальное возвращение на основе исследований природы света.

    Все мы любим наши наиболее ценные идеи по поводу устройства мира и Вселенной. Наша концепция реальности часто неразрывно связана с нашим представлением о самих себе. Но быть учёным – значит, быть готовым подвергать сомнению все эти представления при каждой их проверке. Всего лишь одного наблюдения, измерения или эксперимента, противоречащего теории, бывает достаточно для того, чтобы пересмотреть или полностью отказаться от нашего представления о реальности. Если мы можем воспроизвести эту научную проверку и убедительно показать, что она не совпадает с преобладающей теорией, мы закладываем основы научной революции. Но если кто-то не хочет подвергать теорию или предположения проверкам, он, возможно, совершает величайшую ошибку в истории физики.
    Читать дальше →
  • Учёные смущённо признают, что до сих пор не знают точной величины гравитационного взаимодействия

    • Перевод

    По легенде, первый эксперимент, показавший, что все объекты падают с одной скоростью, вне зависимости от массы, провёл Галилео Галилей, стоя на вершине Пизанской башни. Два любых объекта, брошенных вниз в гравитационном поле, в отсутствии сопротивления воздуха (или при пренебрежении им) будут ускоряться одинаково. Позже это правило было кратко записано Ньютоном после изучения им данного вопроса.

    Впервые начав формулировать законы физики, мы делали это эмпирически: посредством экспериментов. Бросьте шар с башни, как это, возможно, сделал Галилей, и вы сможете измерить, сколько он пролетит и через какое время упадёт. Отпустите маятник, и вы сможете обнаружить взаимосвязь между его длиной и количеством времени на один период. Проделав это с различными расстояниями, длинами и временными отрезками, вы начнёте замечать систему: высота падения объекта пропорциональна квадрату времени, период маятника пропорционален квадратному корню его длины.

    Но чтобы превратить пропорции в уравнения, нужно подобрать одну константу.
    Читать дальше →
  • Почему революционерам нравится острая еда, или Как перец чили попал в Китай

    • Перевод


    В 1932 году СССР отправил одного из своих лучших агентов, Отто Брауна, бывшего школьного учителя и эксперта по контрразведке родом из Германии, в Китай. Его задачей было работать военным консультантом для китайских коммунистов, сражавшихся в отчаянной борьбе за выживание против националистов Чан Кайши.

    Подробная история приключений Брауна во время коммунистической революции в Китае содержит столько неожиданных поворотов, что её хватило бы на голливудский триллер. Однако в области кулинарной истории выделяется один эпизод из автобиографии Брауна. Он вспоминает свои первые впечатления о Мао Цзэдуне, человеке, ставшем верховным лидером Китая.

    У хитроумного вождя крестьян была одна грубоватая, даже немного недружелюбная черта. «К примеру, долгое время я не мог привыкнуть к еде с большим количеством специй, например, к острому перцу чили, традиционному для южного Китая, особенно для провинции Хунань, где родился Мао». Нежные вкусовые сосочки советского агента становились предметом насмешек Мао. «Еда истинного революционера – красный перец, — объявил Мао. – Тот, кто неспособен вынести красный перец, неспособен и сражаться».
    Читать дальше →
  • Новая охота на тёмную материю проходит под горой

    • Перевод

    Давид Д’Анджело не всегда интересовался тёмной материей, но теперь он попал на передний край охоты за наиболее неуловимой частицей во Вселенной




    Примерно в часе езды от Рима расположилось плотное скопление гор под названием Гран-Сассо-д’Италия. Они известны своей природной красотой и притягивают туристов круглый год, предлагая горнолыжные курорты мирового класса и пешеходные маршруты зимой, а также возможность купаться летом. Для 43-летнего итальянского физика Давида Д’Анджело эти горы – всё равно что второй дом. В отличие от большинства посетителей Гран-Сассо, Д’Анджело проводит большую часть времени под горами, а не на них.

    Там, в изобилующем пещерами пространстве в тысяче метров под поверхностью земли, Д’Анджело работает над новым поколением экспериментов, посвящённых охоте за частицами тёмной материи – экзотической формы материи, чьё существование предполагается уже несколько десятилетий, но пока ещё не было доказано экспериментально.

    Считается, что тёмная материя составляет до 27% Вселенной, и описание этой неуловимой субстанции – одна из наиболее острых проблем современной физики. Хотя Д’Анджело оптимистично считает, что прорыв произойдёт ещё при его жизни – точно так же думало и предыдущее поколение физиков. В принципе, есть неплохие шансы на то, что частицы, разыскиваемые Д’Анджело, вообще не существуют. Однако для физиков, зондирующих фундаментальную природу Вселенной, возможность провести всю карьеру в «охоте за привидениями», как говорит Д’Анджело – это цена продвижения науки.
    Читать дальше →
    • +15
    • 9,2k
    • 1
  • 10 физических фактов, которые вы должны были узнать в школе, но, возможно, не узнали

    • Перевод
    image

    1. Энтропия измеряет не беспорядок, а вероятность


    Идея о том, что энтропия – это мера беспорядка, совсем не помогает разобраться в вопросе. Допустим, я делаю тесто, для чего я разбиваю яйцо и выливаю его на муку. Затем добавляю сахар, масло, и смешиваю их до тех пор, пока тесто не становится однородным. Какое состояние является более упорядоченным – разбитое яйцо и масло на муке, или получившееся тесто?

    Я бы сказала, что тесто. Но это состояние с большей энтропией. А если вы выберете вариант с яйцом на муке – как насчёт воды и масла? Энтропия выше, когда они разделены, или после того, как вы их яростно потрясёте, чтобы смешать? В данном примере энтропия выше у варианта с разделёнными веществами.

    Энтропия определяется как количество “микросостояний”, дающих одно и то же “макросостояние”. В микросостояниях содержатся все детали по поводу отдельных составляющих системы. Макросостояние же характеризуется только общей информацией, вроде “разделено на два слоя” или “в среднем однородное”. У ингредиентов теста есть много разных состояний, и все они при смешивании превратятся в тесто, однако очень мало состояний сможет при смешивании разделиться на яйца и муку. Поэтому, у теста энтропия выше. То же работает для примера с водой и маслом. Их легче разделить, тяжелее смешать, поэтому у разделённого варианта энтропия выше.
    Читать дальше →

Самое читаемое