Физические итоги года


    Новогодние праздники подходят к концу, а значит самое время подвести итоги года вместе с Американским физическим сообществом. Год выдался интересным по всем фронтам – и фундаментальными открытиями, и техническими достижениями.


    Открытие года: сверхпроводимость в графене



    Пожалуй, главным открытием года стала сверхпроводимость двухслойного графена. Суть проста: берется лист графена, на него кладется еще один лист, повернутый под небольшим углом. При «магическом» значении угла около 1.1º структура становится сверхпроводящей при температуре около 1 К. Это слишком низкая температура для каких-либо практических применений, и мякотка открытия совершенно в другом: оказалось, что сверхпроводящий двуслойный графен ведет себя точно так же, как и высокотемпературные сверхпроводники.


    Тут стоит напомнить, что природа высокотемпературной сверхпроводимости до сих пор непонятна, а наблюдалась она только в сложных кристаллах типа YBaCuO. Смоделировать такое вещество чтобы понять, что же в нем происходит – задача почти неподъемная. Поэтому тот факт, что несравненно более простой графен может пролить свет на полувековую загадку природы – это более чем приятный сюрприз. А еще с графеном гораздо удобнее работать – его можно помещать в магнитные/электрические поля, поворачивать на разные углы, все это не раз делалось и хорошо изучено, поэтому есть, с чем сравнивать.


    Четкого понимания происходящего пока нет, но основная идея понятна: наложение двух листов графена образует сложный узор, который повторяется на расстоянии в десятки атомов (желтые линии на картинке). Это создает периодическую сверхрешетку, которая влияет на энергетические зоны графена и приводит к сверхпроводимости при «магическом» угле. Работу с двуслойными материалами уже подхватили десятки научных групп по всему миру, и по всей видимости, в ближайшие годы нас ждут действительно интересные результаты.


    Сюрприз года: нейтринные осцилляции



    Нейтрино – это сверхлегкие элементарные частицы, которые часто появляются при ядерных реакциях. На сегодня нам известны три типа нейтрино (электронное, мюонное и тау-нейтрино). А еще они могут на лету «превращаться» из одного типа в другой – этот чудесный эффект называется нейтринные осцилляции (на Хабре был хороший обзор), а его открытие было отмечено Нобелевской премией 2015 года.


    На этот раз интересные новости пришли из Фермилаба. В эксперименте MiniBooNE генерировались мюонные нейтрино и исследовалось их превращение в электронные. Оказалось, что нейтринные осцилляции случались гораздо чаще, чем предполагалось. Одним из простейших объяснений является существование четвертого типа нейтрино – так называемых стерильных нейтрино. В отличие от остальных типов, стерильные нейтрино взаимодействуют с окружающей материей только через гравитацию (поэтому их почти невозможно детекторовать напрямую), зато могут влиять на частоту нейтринных осцилляций.


    В принципе, подобные теории известны давно; однако введение нового типа нейтрино довольно сильно меняет Стандартную модель элементарных частиц. Сейчас планируются уточняющие эксперименты (MicroBooNE в Фермилабе, DANSS на Калининской АЭС), а вопрос со стерильными нейтрино пока что остается открытым.


    Загадка года: темная материя



    Как мы знаем, значительная часть Вселенной состоит из темной материи – невидимого вещества непонятной природы, которое составляет основную массу галактик. Долгое время основным кандидатом на роль темной материи являлись вимпы – неизвестные массивные элементарные частицы, взаимодействующие с окружающим миром только через гравитацию (как, например, вышеупомянутые стерильные нейтрино). Для их поиска было построено много разных детекторов, но ни один из них так и не принес положительных результатов, поэтому сейчас интерес плавно смещается в сторону других возможных объяснений.


    Наиболее простой альтернативой, выдвинутой еще полвека назад Хокингом, были бы черные дыры – они как раз массивны и невидимы. Например, первичные черные дыры массой от 10-8 до 10 масс Солнца могли образоваться еще на заре Вселенной, до появления атомов. Если такие объекты существуют, то время от времени мы должны наблюдать, как они проходят по видимым дискам звезд, искажая их форму и яркость за счет гравитационного линзирования.


    В одной из работ прошлого года авторы искали подобные искажения наблюдаемых сверхновых типа 1а. Безуспешно. Это означает, что первичных черных дыр массой свыше 0.01 массы Солнца явно недостаточно для объяснения всей наблюдаемой темной материи. Впрочем, какую-то ее часть они составлять могут.


    Другой интересный результат принесло изучение поглощения межзвеждного водорода. Оказалось, что на некоторых из ранних стадий Вселенной водород был гораздо холоднее, чем предсказывают модели. Наиболее логичным объяснением этого было бы охлаждение межзвездного газа за счет взаимодействия с частицами темной материи. Света на ее природу это не проливает, но скорее свидетельствует против гипотезы с черными дырами. Короче говоря, пока что поиски темной материи остаются классической научной загадкой: ничего не понятно, но жутко любопытно.


    Консерваторы года: бозон Хиггса и Стандартная модель



    Про открытие бозона Хиггса в 2012 году слышали все. Задача была не из простых, еще сложнее оказалось проверить, правильно ли мы понимаем его роль в Стандартной модели и особенности взаимодействия с другими элементарными частицами. Согласно теории, сила взаимодейстия с фермионами растет с ростом массы последних, поэтому проще всего наблюдать взаимодействие с самыми тяжелыми из них. Собственно, ушедший год отметился аж двумя результатами по этой теме.


    Во-первых, коллаборации ATLAS и CMS из CERN продемонстрировали рождение бозона Хиггса вместе с парой из топ-кварка и топ-антикварка (так называемый ttH-процесс). Путь к этому был тернист, одно время казалось, что ttH-процесс более вероятен, чем предсказывалось (хороший обзор), однако результаты 2018 года показывают, что все находится в полном согласии со Стандартной моделью.


    Второй результат от тех же коллабораций – распад бозона Хиггса на кварк и антикварк. Здесь принцип тот же: чем тяжелее продукты распада, тем он вероятнее. Однако для распада на самые тяжелые топ-кварк и топ-антикварк у бозона Хиггса не хватает энергии, поэтому наиболее вероятен (58%) распад на b-кварк и b-антикварк. Проблем добавляло то, что на такие же кварк-антикварковые пары любят распадаться сталкиваемые в коллайдере протоны, поэтому пришлось подбирать хитрые экспериментальные условия, при которых шум от столкновения протонов оказывался минимален. И вновь результат совпал с предсказаниями Стандартной модели – так что по-видимому новой физики в этой области ожидать не приходится.


    Спутник года: Micius



    Пару лет назад я рассказывал про запуск китайского квантового спутника Micius. За это время он успешно проложил дорогу к спутниковому квантовому интернету, продемонстрировав квантовое распределение ключа между Пекином и Веной. Ключ генерируется во время пролета спутника над наземной станцией, битрейт составляет 3–9 кб/с, что за один пролет дает ключ длиной от 50 до 100 килобайт.


    Демонстрация квантового интернета получилась не менее красивой. Как вы помните, первым сообщением, переданным по радио, было отбитое морзянкой имя «Генрих Герц». Продолжая традицию, первыми сообщениями в спутниковом квантовом интернете стали фотографии китайского философа Мо-Цзы (в честь него назван спутник) и Эдвина Шредингера (который жил в Вене).



    Следующей демонстрацией стало шифрование видеоконференции между академиями наук Китая и Австрии. Видео шифровалось алгоритмом AES, 128-битный ключ которого менялся каждую секунду. В итоге на видеоконференцию длительностью 75 минут было использовано всего 72 килобайта секретного ключа.


    В недалеком будущем дело Micius’а продолжит новый спутник. Он будет генерировать запутанные фотоны на длине волны 1550 нм, где засветка от Солнца будет чуть меньше, а пропускание атмосферы – чуть выше, чем на нынешних 850 нм. Вместе с новыми наземными детекторами (их уже успешно тестировали) это позволит принимать сигнал со спутника не только ночью, но и днем; а запуск на более высокую орбиту увеличит время видимости спутника. Пока что все идет как нельзя лучше, остается только пожелать создателям попутного ветра.


    Революция года: переопределение системы СИ



    Эталон килограмма – тот самый платиново-иридиевый цилиндр из Палаты мер и весов – сложит свои полномочия 20 мая 2019 года. Новый килограм будет определен через одну из фундаментальных констант — постоянную Планка. Вместе с ним изменятся определения градуса Кельвина (который привяжут к постоянной Больцмана), ампера (его выразят через заряд электрона) и моля (в котором будет ровно 6,02214076 х 1023 атомов). Таким образом, с этого момента все величины системы СИ будут определяться через фундаментальные физические константы.


    Новая система единиц СИ прекрасна тем, что мы больше не измеряем физические величины в удобных нам единицах, а наоборот, привязываем единицы к физическим сущностям, одинаковым во всем мире. Например, один метр – это ровно столько, сколько свет проходит в вакууме за 1/299 792 458 секунды. Число 299 792 458 – точное, так как задали его мы сами. В свою очередь, секунда задается через два энергетических уровня в атоме цезия, расстояние между которыми в точности равно 9 192 631 770 Гц. Таким образом, метрология из поклонения эталонам превращается в рецепт: атомы цезия, скорость света и постоянная Планка везде одинаковы, и если вас внезапно занесет на Марс, то вы сможете восстановить всю систему единиц.


    Видео года: растущий кристалл


    Фотографией с электронного микроскопа с атомарным разрешением уже никого не удивишь. Другое дело – видео, да еще какое! Группа из Парижа удалось заснять, как из перенасыщенного раствора атом за атомом, слой за слоем вырастает кристалл арсенида галлия:



    В принципе, здесь нет ничего нового – особенности роста кристаллов давно хорошо изучены и активно используются в полупроводниковой промышленности. Но видео, согласитесь, завораживает.


    Нанотехнология года: самые быстрые волчки



    Две группы – из Высшей технической школы Цюриха и университета Пердью – продемонстрировали способ раскручивания наночастиц до скоростей свыше миллиарда оборотов в секунду. Для этого наночастицы – стеклянные капли или гантельки размером 100–200 нанометров – захватывались в оптический пинцет, образованный сфокусированным лазером. Если поляризация лазера была круговой, то лазерный луч обладал вращательным моментом, который мог передаваться частице, таким образом закручивая ее.


    Разумеется, вращательный момент фотона очень мал, поэтому раскручивание шло очень медленно – на протяжении минут. Мешало и торможение наночастиц об окружающий воздух, поэтому максимальных скоростей удалось достичь только в глубоком вакууме (10-5 миллибар). Зато результат оказался внушительным: на максимальных оборотах центробежные силы были близки к тому, чтобы разорвать наночастицу, поэтому эта технология может быть интересна для измерения прочности материалов. А еще на таких оборотах может проявить себя эффект Казимира – фундаментальное квантовое явление, вызываемое присутствием в вакууме виртуальных частиц.


    Новогодний бонус: свитер с оленями и его уравнение



    APS очень любит заканчивать итоги года чем-нибудь необычным. На этот раз редакторам приглянулась работа о свойствах вязаной ткани. Все мы знаем, что шерсть из клубка почти не растягивается, зато вязаный свитер с легкостью налезет на вас даже если вы набрали килограмм пять после новогодних праздников. Причина этого, разумеется, в петлях, которые могут менять свою форму, позволяя ткани растягиваться.


    Ранние модели вязаной ткани предполагали, что все петли деформируются более-менее одинаково. Вполне очевидно, что это не так: если вы растянете шарф, то он сильно сожмется посередине, и почти не сожмется там, где вы его держите. А еще нить может немного уходить из одной петли в другую, меняя их периметр.



    Все эти вопросы настолько заинтриговали трех ученых из Франции, что они решили создать аккуратную модель вязаной ткани. Основных положения было два: нить нерастяжима, а ткань старается минимизировать суммарную энергию, вызванную изгибом нити в петлях. В результате получилась довольно простая модель, которая описывает деформацию петель в зависимости от их положения в ткани. Ах да, параллельно с этим они связали нейлоновое полотно и стали его по-всякому растягивать. Разумеется, оказалось, что модель замечательно согласуется с результатами эксперимента.


    Вместо заключения


    Вот таким нам запомнится ушедший год. А теперь за работу, и постараемся сделать год наступивший не менее интересным ;).

    Поделиться публикацией

    Комментарии 48

      +3
      Это скорее к сфере астрономии относится, но можно добавить что в конце этого года наконец подтвердили наличие облаков Кордылевского, которые впервые обнаружили ещё аж в 1956 году.
        0
        Да, хорошая работа. Интересно, насколько опасными эти облака могут быть для спутников.
        +1
        Разве сверхпроводимость в графене не была описана несколько лет назад в «Теории большого взрыва»? (14 серия 3-го сезона) 2010г.

          +1
          К сожалению, у доктора Купера в тот раз ничего не получилось ;) да и графен у него был однослойный.

          Хотя в 2010 году все только и говорили про графен, в частости про гигантскую мобильность электронов в нем. Поэтому надежды на сверхпроводимость были.
          +2

          Странно, что ничего не упомянули про невозможный двигатель. Кстати, кто-нибудь в курсе чем эта история закончилась?

            +1
            Так это же научные итоги года, шарлатанам тут места нет.
            Они скорее другому ведомству будут интересны, которое на машинах с мигалками.
              +1
              А точно это шарлатанство? Я вот тоже следил за этой историей, последнее, что было, читал что НАСА строит прототипа для проверки. Есть какие-то хорошие статьи, которые показывают, что это «вечный двигатель»?
                +2
                Закончилось там все предсказуемо — шарлатаны написали отчет, в который их сразу же ткнули носом, ибо там было полное фиаско. А потом случилось еще одно — у них выдал тягу выключенный двигатель.

                Вспоминается история
                про жалобы жителей на сотовую вышку и ответ «это еще что, представьте что начнется когда мы ее включим!»

                  –1
                  Спасибо, закрыли гештальт. Потому что ну по всем показателям не может такого быть, но очень хотелось, чтобы оказалось правдой.
                    0
                    Ребята из Дрезденского технического университета подловили их.
                    «Это четко показывает, что «тяга» происходит не от EmDrive, а от паразитного электромагнитного взаимодействия. Мы использовали как можно больше закрученных или коаксиальных кабелей, но в конечном итоге некоторые магнитные поля проникали через наши кабели и разъемы», — заявили авторы исследования. Свои выводы специалисты представили на конференции Space Propulsion в Севилье.

                    Сами же китайцы в итоге заявили, что не учитывали показатели силы горизонтальных составляющих, а брали только 2 вертикальных. А вообще это старая байка, автором был 20 лет назад британец Роджер Шойер
                +1
                невозможный двигатель

                Вот мода пошла — спойлеры прямо в название пихать.
                0
                Наконец-то насчёт метра меня услышали, (я вообще хотел округлить до 300000000) но хоть целое число).
                интересно насколько изменился световой год/парсек?
                  0
                  Так определение метра не менялось, он задается через скорость света и число 299 792 458 аж с 1983 года.

                  До этого он задавался через длину волны одного из переходов криптона и другое число. Погрешность при переопределении составила, очевидно, не более 1/299 792 458 — это гораздо точнее, чем любые астрономические измерения.
                    0
                    М-да что-то я потупил, ещё помню в советском учебнике уже было целое число.
                      +2
                      А как быть, если какие-то эксперименты уточнят значение постоянной Планка? Будут менять значение киллограмма?
                        0
                        Постоянную Планка не получается измерить с точностью лучше 10-8, но этого достаточно — точнее измерять массу и не нужно.

                        Предыдущий эталон килограмма давал точность порядка 10-6 просто из-за того, что он терял вещество.
                          0
                          А можете обьяснить, почему? Есть какие-то фундаментальные причины, что точнее нельзя? Я пытался разобраться, читал про эксперименты, но что-то не сдюжил
                            0
                            Точно не скажу, не интересовался вопросом.

                            Вообще в этом вся суть метрологии: пока стандарта хватает, никто его переопределять не будет. Скажем, точные измерения массы никому неинтересны, поэтому что там за погрешностью в 10-8 — непонятно. А вот точное время абсолютно необходимо для спутниковой навигации, поэтому там перспективы и ограничения изучены получше.
                            0
                            Так вроде ПП 6.62607015 × 10^−34 Дж·с

                      0
                      секунда задается через два энергетических уровня в атоме цезия, расстояние между которыми в точности равно 9 192 631 770 Гц.

                      Из Википедии:
                      Секунда — время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.


                      Т.е. электрон в атоме цезия переходит на другой энергетический уровень, что сопровождается излучением света определенной частоты. Через эту частоту излученного фотона (“период” в тексте википедии — величина обратная частоте) и определяется секунда.


                      Никакого расстояния между энергетическими уровнями тут нет. Нет даже «расстояния», измеряемого в герцах ))

                        +1
                        Есть такая магическая формула E = hν, позволяющая измерять энергию в Герцах. И — сюрприз, сюрприз — она оказывается в точности равной частоте фотона, излученного при переходе между двумя уровнями.

                        Это не говоря о том, что атом цезия в атомных часах ничего не излучает, а делает кое-что более хитрое. Но про это, похоже, другую статью писать придется.
                          +2

                          Ок, теперь понятно, что под расстоянием вы имеете в виду разницу энергий, и пересчитываете её в частоту через постоянную Планка.


                          атом цезия в атомных часах ничего не излучает

                          Википедия в статье “Атомные часы” в нескольких местах уверяет, что излучение есть.
                          И потом, если от атома нет излучения (фотон тут же поглощается обратно?), то что тогда в атомных часах измеряется?

                            0
                            Понимаете, я сам сейчас над атомными часами работаю, поэтому статью на википедии комментировать не буду — чукча не читатель, чукча писатель.

                            Измеряется в часах частота осцилляций Раби, которая задается расстоянием между атомными уровнями. На пальцах я это не объясню, можете глянуть ссылку в моем предыдущем комментарии.

                            Справедливости ради
                            атомы в некоторых часах все-таки излучают фотоны в конце цикла. Но к определению времени это отношения не имеет, и частоту этих фотонов не измеряют.
                              –3
                              Вы пишите статью об атомных часах, и она будет на Хабре? Если это так, то, пожалуйста, осветите в ней такой момент, трудный для моего понимания.
                              Секунда определяется как разность между двумя энергетическими уровнями в атоме цезия, соответствующая энергии фотонов с частотой 9192631770 Гц. А чем определяется энергия фотонов, выражаемая такой частотой? Почему на высоте 20000 км в земную секунду их частота/энергия на 5 Гц выше? Мы знаем, что следствием уменьшения энергии фотонов и других частиц материи вблизи массивного тела является замедление всех процессов с их участием — замедление хода времени. Но что является причиной уменьшения энергии частиц вблизи массивных тел?
                              Возможно, причиной служит уменьшение там плотности энергии вакуума. Если в физике есть этот параметр, то, каким бы ни было его значение с точек зрения ОТО и КТП, он вполне может отклоняться от «космической нормы» — снижаться вблизи массивных тел. И цезивые часы на Земле реагируют на это установленным образом.
                              Данный вопрос важен тем, что позволяет приблизиться к пониманию квантовой природы гравитации, которая ускользает при описании её проявлений в ОТО. Ведь ОТО описывает только влияние материи на искривление метрики пространства-времени и влияние искривлённой метрики на движение материи. О влиянии искривлённой метрики на энергию частиц Эйнштейн, по-моему, ничего не говорил.
                      0
                      и если вас внезапно занесет на Марс, то вы сможете восстановить всю систему единиц.

                      А что получится с килограммом на Марсе — он будет другой, или на марсе будет не килограмм, а 380 грамм? А то я не очень понял этот момент.
                        0

                        Вы путаете массу и вес. Вес [Ньютоны] — это сила воздействия тела с некоторой массой [граммы] на опору, F = mg. На Марсе уменьшится именно вес из-за меньшего g.

                          0
                          А разве от гравитации не меняется само течение времени, а следовательно и все остальные физические величины?
                          Я не копал так глубоко, но если изменение течения времени заметно уже на орбите Земли, то на планете с гравитацией почти в 3 раза меньше, разве не будет разница в физике такова, что погрешность все равно будет, независимо от того к планку привязаны единицы или с собой эталон везти?

                          Если может кто-то привести какие-то примеры насколько много бреда в моих словах, или если не бред, то какова разница в погрешностях новым и старым способом?
                            0
                            На измерение секунды через фотоны от атома цезия влияет только скорость движения источника относительно измеряющего прибора, особенности эффекта Доплера. Метр определён через измеренную секунду и скорость света в вакууме, которая в теории относительности постоянна в любой системе отсчёта.
                            В изменении течения времени на орбите больше виновато само перемещение относительно приборов на Земле, чем гравитация.

                            tl;dr изменений:
                            • Килограм, ампер и моль задаются без помощи моделей сферических коней в вакууме, а вполне обычных отношений констант и других величин
                            • Измерение градуса Кельвина не будет зависеть от конкретного вещества (раньше задавался через температуру тройной точки воды)
                            • У всех величин определения имеют одинаковую структуру
                              +1
                              Ну почему же бред — наоборот, хороший вопрос по делу.

                              Что самое прекрасное, на него сложно дать окончательный ответ — квантовая механика пока что не дружит с гравитацией, поэтому, скажем, постоянная Планка вполне может меняться в каких-то теориях.

                              При этом определениям величин это не очень мешает: гравитация на поверхности Земли замедляет время меньше, чем на 10-9, а постоянная Планка известна с точностью хуже 10-8. Метрология — штука утилитарная: если что-то кажется неизменным, можно сделать его стандартом; когда оно начнет изменяться, можно будет придумать новый.
                                0
                                На самом деле вопрос конечно интересный, но его так просто в паре слов не разрешить. Со временем вообще интересная вещь происходит, но даже не из-за какого то парадокса, а из-за того, как именно сформулировано это понятие, все зависит от того, в какой системе считать. Этот вопрос поднимался еще у древних греков — апории Зенона. С одной стороны, уже там заложен вопрос дискретности (вещество) и непрерывности (поле).

                                Но тут интересен другой момент (первый апорий, Дихотомия) — как рассматривать время для стороннего наблюдателя и для участника процесса. По Зенону, если имеется предел деления материи, то при движении переход между точками идет прыжком — исчезновение в одной точке и появление в другой — и это уже принцип неопределенности Гейзенберга. Если же брать для непрерывного деления (поле) и конечного времени (внешний наблюдатель), то бесконечное количество отрезков преодолевается за конечное количество времени, то есть бесконечная скорость (число интервалов в секунду).

                                Если же брать второй апорий (Ахиллес и черепаха), то рассматривая время исключительно в системе этих 2 объектов (для стороннего наблюдателя Ахиллес бежит в 10 раз быстрее черепахи), получается, что расстояние меняется в 10 раз, потом еще в 10 и так до бесконечности — не только перегнать, но и догнать получится только в том случае, если либо есть предел деления материи (минимальный интервал), либо если время определяется исключительно по внешним процессам, а не внутри этой системы.

                                Вот так и повелось, что мы пока объединяем понятия времени и для макромира и для микро, а по хорошему это надо все же разделять — так как по сути это несколько разные понятия, соприкасающиеся как раз по «порциям» квантов. Кстати, и впервые возникла потребность в этих различиях именно когда Планк пытался решить задачу Кирхгофа по соотношению между испускаемой и поглощаемой энергией тел (для задач создания модели эволюции звезд)
                                  0
                                  Замедление течения времени, сокращения расстояний и прочие релятивистские эффекты обнаруживаются лишь при переходе между разными системами отсчёта. Но внутри одной системы отсчёта ничего не меняется, там идёт т.н. «собственное время», и вся фундаментальная физика остаётся такой же. Собственно, в этом и смысл общего принципа относительности: в любой (даже неинерциальной!) системе отсчёта фундаментальные физические законы одинаковы.

                                  Гравитация на поверхности планеты может вносить погрешность за счёт приливных ускорений, т.е. разницы гравитационного потенциала в разных частях измерительной установки. Но это может быть заметным лишь при достоточно больших размерах установки, либо при крайне неоднородном гравитационном поле.
                                    0
                                    Но это может быть заметным лишь при достоточно больших размерах установки

                                    Отнюдь. Хорошие атомные часы (типа нынешних эталонов) видят изменение времени за счет земной гравитации (по ОТО) если их поднять на десять метров.


                                    Экспериментальные — на десятки сантиметров. В узких кругах ходят шутки, что верх часов тикает быстрее чем их низ.

                                  0
                                  Вот очень интересный вопрос, только не пинайте сильно.
                                  Как вообще определить массу, и что это в конечном итоге?
                                  Взвешиванием мы определим вес, при этом остается вопрос вес чего мы определили? Определенного вещества, или вещества вместе с содержащимися в нём атмосферными газами. Как то всё расплывчато,
                                    0
                                    Постоянная Планка измеряется в Дж*с, что эквивалентно кг*м²/с, метр и секунда измеряются по заданным определениям, килограм — через эти три величины.
                                    Вес зависит от гравитации, а это сильно портит точность измерений.
                                      0
                                      В конечном итоге, массы используется в вычислении силы взаимодействия двух объектов (то есть притяжения).
                                      Понятно, что массу проще определить для твердых объектов, у которых молекулы в кристаллической решетке стабильны. А у таких, как газ — сперва нужно договориться о плотности измеряемого объекта.
                                        +1
                                        Вообще существует две массы — гравитационная (которая тяготение) и инерционная (которая хочет сохранять равномерное-прямолинейное движение). Скажем, на МКС весы измеряют именно вторую, ибо первая веса на дает.

                                        На сегодня эксперименты показывают, что эти массы равны с огромной точностью (лучше 10-10).
                                    0
                                    Ньютон в свое время предположил, что гравитационный параметр и инерционный (Галилеевский) имеют одинаковую фундаментальную природу. Этот параметр он назвал массой. Собственно это допущение и стало ядром его двух законов (кстати, понятие ускорения тоже он ввел, как и понятия силы/функции F, как математической функции этих величин, он же все же был математиком).
                                    А вот гравитационная сила действительно меняется, так как g зависит от расстояния между центрами масс — на тех же спутниках иногда используется метод пассивной орбитальной стабилизации — «поплавок» или же «грузик», так как плотность спутника неоднородна и он ориентируется более плотной частью «вниз», ну или удаленным «поплавком вверх»
                                    +2
                                    Это создает периодическую сверхрешетку, которая влияет на энергетические зоны графена и приводит к сверхпроводимости при «магическом» угле.

                                    Вот без контекста подумал бы это из области заряженной воды и проч.

                                      +1

                                      Последнее исследование про петли тянет на шнобелевскую премию

                                        0
                                        Про сверхпроводимость в купратах вроде всё понятно даже на пальцах: есть решётка Cu-O, внутри сидит огромный Ba, сдавливающий Y внутри тех самых плоскостей проводимости:
                                        image

                                        Чем выше внутренние напряжения — читай, тем тоньше Ba и жирнее Y/La, тем выше критическая T. Поэтому самые высокотемпературные ВТСП — Hg вместо Y/La и Ca вместо Ba. Идеально было бы Hg поменять на какой-нибудь 112ый стабильный изотоп, а Ba на Ca или Mg, сверхпроводящая плоскость была бы огого какого размера, но тогда из-за напряжений такая решётка не существовала бы. Вот и всё объяснение!
                                        Почему плоскость становится сверхпроводящей — так полно же электронов от меди, от центрального атома (Hg или Y), в какой-то момент термические колебания атомов перестают влиять — появляется сверхпроводимость.

                                        Растущий кристалл — это материаловедение как-то лихо записали в физику ;)
                                        На самом деле забавно, что если присмотреться, то будет видно, как новый слой атомов формируется и «ложится» почти мгновенно, т.е. вот оно зреет-зреет-зреет и бац — новый слой. Этот момент как-то упускается из виду…
                                          0
                                          Про сверхпроводимость в купратах вроде всё понятно даже на пальцах

                                          Ты сходи на Воробьевы, открой им секрет, а то мучаются, бедные ;) По секрету скажу, что про напряжения в решетках они в курсе, равно как и про более чудесные сверхпроводники — сероводород, например.


                                          А вот с физикой проблемы такие же, как и 20 лет назад: что там за коллективные состояния электронов, как d-wave coupling работает, как магнитные поля себя ведут, как параметр порядка устроен — непонятно.


                                          С кристаллами тоже мимо:



                                          Это доля верхнего слоя, выросшая к данному моменту. Слой растет секунд 10, пауза между слоями — пара секунд.
                                          То же самое видно из дифрактометрии, которая в любой эпитаксиальной машине стоит. Никакого "бац — новый слой" там и близко нет.

                                            0
                                            1. Ну они знают про ВТСП, и как их делать тоже. Формально все эти ВТСП синтезированны материаловедами и химика без оглядки на физику, и получены Tc, а Вы, физики, уже ломайте там голову на тему коллективных состояний, откуда они берутся и почему не исчезают при высоких температурах типа 200К.
                                            2. А на видео выглядит, бац и готово. Я бы согласился тут с solariserj, что есть пересыщение, которое практически мгновенно снимается, как только на атомарно гладкой поверхности появляется центр(ы) кристаллизации.
                                              0
                                              Ты правда думаешь, что они не умеют строить графики по своим же данным? ;)
                                              0
                                              Оганов же рассказывал про H3S. Странно, что интересующиеся люди не смотрят его лекции.
                                              +1
                                              При осаждении на ровной поверхности кристалла, при понижении температуры(зреет-зреет-зреет) уменьшается подвижности атомов, и вот один случайный атом(бац) устанавливает связь с нижним слоем, и это считается что возник центр кристаллизации слоя. Далее так как по сравнению с остальной гладкой поверхностью, где связь может возникнуть только с одним атомом(нижним), вероятность создание связи выше рядом с образовавшимся локальным выступом, так как там связь устанавливается сразу с двумя атомами. Далее рядом уже с этими 2 добавляются ещё и еще образуя волну(«ложится» почти мгновенно). Вот видео видно что волны начинаются с одного края, значит тот край холоднее…
                                              0
                                              В закладках была статья, прочёл.
                                              Пару слов для автора.
                                              Вот это — образец для стиля написания. Всёго в меру, достаточно понятно для обывателя и научно обосновано. Отличный коктейль!
                                              Естественные науки обожаю. Видел итоги года от Маркова (+свежую лекцию с Тимоновой в QQevo), Верходанова, Житенева. Молодцы, что публикуете такие вещи.
                                              Надеюсь, молодёжь подтянется. Надеюсь на новые публикации.
                                                0

                                                Спасибо!
                                                Если интересуетесь, обязательно зайдите на "Элементы". Скажем, там недавно Игорь Иванов подводил итоги года в физике элементарных частиц — а это редкий человек, который вообще может про такие вещи человеческим языком рассказать.

                                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                              Самое читаемое