Инновации в физике, которые стали доступны широкому кругу людей в 2012-2013 годах

Ученые осуществляли передачу запутанных фотонов и ранее, однако до настоящего времени она была значительно  ограничена по дальности. По оптоволокну  передачу фотонов удавалось проводить  на расстояние не более одного километра  по причине того, что частицы находились во взаимодействии со средой распространения (стекло) и при этом происходила  потеря своих квантовых свойств. Передача по воздуху оказалась значительно  более эффективной.

Многие специалисты по шифрованию данных выражают свою надежду, что технология передачи на большое  расстояние запутанных фотонов сможет стать базой для создания каналов  связи, почти неуязвимых для тех  желающих, которые хотят перехватить  передаваемое сообщение. Информация при  квантовой телепортации не передается в среде, и по этой причине по теории не может быть перехвачена. Как альтернативу передаче запутанных фотонов, физики рассматривают передачу одиночных фотонов, поскольку принимающей стороне их перехват станет сразу заметен.

 

 

 

 

 

 

Новости инновационний, которые  стали доступны широкому кругу людей  в 2013 году

Жизнь мыльных пузырей

Университет Лиона, на первый взгляд ничего такого особого не изобрел. Но новости инноваций из “жизни мыльных пузырей” имеют и прикладное значение – об этом позже, а сейчас к сути.

Ученые смогли проконтролировать  толщины стенок в мыльных пузырях, используя электрическое поле. Работа опубликована вPhysical Letters,а суть ее а такова.

Мыльные пузыри, как все  мы знаем, имеют внешний и внутренний слой, состоящий из поверхностно-активных веществ и воды, которая зажата между этими двумя стенками. Вода под действием притяжения со временем начинает стекать в нижнюю часть  мыльного пузыря, и потому он и лопается один момент. Авторы умудрились делать так, чтобы жидкость текла в обратную сторону - от гравитационного поля. Это позволяет пузырям пожить в течение нескольких часов, пока на них действует электрическое  поле.

Работа основывается на электроосмосе - движении жидкости без заряда в  тоненьких капиллярах при воздействии  на нее электрического поля. Движение это объясняют абсорбцией ионов  на границе, там, где одна фаза переходит  в другую, из-за этого жидкость может  приобретать небольшой электрический  заряд.

Достижение авторов в  доказательстве того, что и в достаточно тонких пленках мыльных пузырей  электрическим полем вызывается такой же электроосмотический эффект движения жидкости, какой наблюдается  в твердых капиллярах. Более того, и это очень важно, электрическое  поле ведет к увеличению толщин пленок, а это сопровождается сильным  ускорением движения воды между пленок.

А теперь зачем собственно физики баловалось с пузырями –  это открытие поможет в создании так называемых лабораторий-на-чипе. Эти компактные устройства в будущем  смогут очень дешево и быстро проводить  лабораторные анализы, а их разработкой  как раз и занимается микрогидродинамика.

Инновационные технологии, разработанные  учеными из института NIST, позволили  создать новый тип плоской  линзы

 

Исследователи института  разработали новейший тип плоской  линзы, используя новые инновационные  технологии. Это оптическое тело может  искривлять свет ультрафиолетового  излучения очень интересным образом. При прохождении луча света через  такую линзу он искривляется, образуя  призрачное, объемное изображение предметов, которые “висят” в воздухе.

Журнал Nature опубликовал статью, поясняющую, что линза сделана  из тончайшего слоя специального материала, который наносится на прозрачную поверхность. Специфические характеристики этого материала, проявляющиеся, как  при отрицательной магнитной, так  и диэлектрической проницаемости, что создает минусовой коэффициент  преломления.

Прозрачные материалы, которые  можно встретить в природе, вроде  воды или воздуха, обладают плюсовым коэффициентом преломления. Если, например, в посуду с водой поместить  какой-либо предмет, будет видно, что  при переходе из одной среды в  другую, в случае этого исследования из воздушной среды в воду, предмет  будет отклоняться вперед. Если бы мы использовали в таком эксперименте материал, обладающий отрицательным  коэффициентом, то предмет отклонялся бы в обратную сторону.

Новая линза представляет собой несколько листов окисленного титана и серебра толщиной всего лишь в один атом,что и позволило наделить линзу подобными характеристиками. Не исключено и то, что комбинируя другие материалы можно добиться смещения рабочего диапазона линзы в другие области спектра, например, в инфракрасную.

 

 

 

 

 

Нанотермометр позволит осуществить  первые в мире измерения температуры  при передаче тепла на атомном  уровне

 

В инновационном исследовании, которое позволит преодолеть главное  технологическое препятствие на пути к более мелким и мощным электронным  устройствам, международная команда  исследователей из США, Испании и  Германии продемонстрировала уникальные способы рассеивания тепла на микро уровнях.

Статья, посвящённая данному  исследованию, была напечатана в журнале «Nature».

Когда ток проходит через  проводящий электричество материал, вырабатывается тепло. Понимание того, где в электронной системе  поднимается температура, помогает инженерам разрабатывать надёжные и высокопроизводительные компьютеры, телефоны и медицинские устройства. Однако, в то время как в больших  схемах выделение тепла хорошо изучено, классическая физика не может описать  взаимоотношения между теплом и  электричеством на наноуровне, где  устройства имеют размер приблизительно в один нанометр и состоят всего  из нескольких атомов.

В течение следующих двух десятилетий компьютерные инженеры будут работать на «атомарном» уровне, утверждает Прамод Редди (Pramod Reddy) профессор машиностроения и материаловедения из Мичиганского университета, принимавший участие в исследовании.

«Активные области современных  транзисторов имеют размер всего  в 20 или 30 нанометров. Однако если эта  индустрия продолжит развиваться  в соответствии с законом Мура и сокращать размер транзисторов, удваивая их плотность на схеме, тогда  выход на атомарный уровень должен быть уже не за горами», - сказал Редди.

«В этом случае, понять отношения  между рассеянным теплом и электронной  структурой устройства, без чего нельзя преуспеть на атомарном уровне, является самой важной задачей», сказал он.

«В осязаемом макромире, когда электричество проходит через  провод, весь провод нагревается, также  как и все электроды. Тем не менее, когда «провод» имеет размер в нанометровую молекулу и соединяет  всего два электрода, температура  растёт преимущественно в одном  из них.

«В устройствах на атомарном  уровне практически всё тепло  концентрируется в одном месте», - сказал Редди.

В ходе своего исследования, учёные из лаборатории Редди: докторанты Вучул Ли (Woochul Lee) и Вонхо Чон (Wonho Jeong), а также доктор Кёнгтае Ким, разработали методы создания стабильных устройств на атомарном уровне, кроме того они спроектировали и создали нанотермометр, интегрированный в устройство в форме конуса. Одиночные молекулы или атомы застревали между конусным устройством и тонкой пластиной золота, позволяя изучить рассеивание тепла в прототипичных схемах молекулярного уровня.

«Результаты этой работы подтвердили  теорию рассеивания тепла, изначально предложенной Рольфом Ландауэром, физиком  из IBM. В дальнейшем, сделанные в  ходе исследования открытия приведут к более глубокому пониманию  взаимоотношений между рассеиванием тепла и термоэлектрическим феноменом  на атомарном уровне, который представляет собой преобразование тепла в  электричество», рассказал Редди.

Американские физики смогли создать  прототип голографического телевизора

 

Новейшие  инновационные разработки помогли  физикам из США создать голопроектор высокого разрешения. Технология, которая  используется в этом голопроекторе, достаточно дешевая, что, возможно, позволит в ближайшем будущем производить  голографические телевизоры для  продажи.

Принципы, благодаря которым  появилась возможность воспроизводить голографическое изображение, открыл в середине 20-го века венгерский физик  Денеш Габор. Для создания голограммы используют специальный лазер, луч  которого, отражаясь от определенного  объекта, формирует трехмерное изображение.

Группе ученых из Кембриджа, которую возглавляет Дэниел Смолли, удалось разработать совершенно новый способ воспроизведения голографических  изображений. Они создали более  совершенную версию основного элемента голопроектора – ПМС (пространственный модулятор света). Это устройство, предназначенное для изменения  различных характеристик лазерного  луча, используют для считывания составляющих частей голограммы.

Ученые утверждают, что  современные аналоги нового модулятора невозможно использовать в голодисплеях из-за огромного количества недостатков. Новый же модулятор, созданный на основе специальных пластин из кислорода, лития и ниобия, превосходит конкурентов  по всем параметром, и, в первую очередь, отличается крайне высокой скоростью  обработки данных.

Если верить ученым, то стоимость  создания их изобретения не так уж и велика. Ученые продемонстрировали экспериментальный экземпляр, который  может транслировать трехмерное изображение в 1 метр шириной. Авторы голопроектора уверены, что через  несколько лет улучшенную версию технологии можно будет использовать для создания коммерческих головизоров, которые можно будет купить в  любом магазине.

 

Антиматерия «Боевая антиматерия»

Американским физикам  удалось реализовать инновационный  проект сверхкомпактного ускорителя, который можно запросто уместить на столе. Такой ускоритель может  служить как источник мощнейшего луча частиц антиматерии — позитронов. Так говорит статься, опубликованная в PhysicalReviewLetters.

Установка была сконструирована  группой ученых, над которыми главенствовал Карл Крушельник из университета Мичигана. В разработке активное участие принимали несколько наших соотечественников — в их числе сотрудники Физического института им. Лебедева при РАН.

Устройство ускорителя представляет собой лазер, имеющий луч петаваттной  мощности. Луч проходит сквозь гелиевую струю. В результате такого взаимодействия создается мощный поток электронов. На пути потока располагается тончайшая  фольга из металла. Когда происходит столкновение электронов с металлической  фольгой начинают образовываться позитроны. Позитроны и электроны после  разводятся в разные потоки с использованием магнитов.

Каждый лазерный выстрел  продолжается тридцать фемтосекунд. Устройство образует потоки электронов и позитронов совместно с излучением в гамма  спектре. Происходящее похоже на теоретический "состав" в релятивистских струях плазмы, которая выбрасывается черными  дырами или нейтронными звездами. Ученые считают, что такой компактный настольный ускоритель поможет в  условиях лаборатории исследованию свойств релятивистских струй, равно  как и проводить прочие исследования в области физики частиц.

Ранее чтобы получить потоки заряженных частиц, позитронов в том  числе, требовались огромные установки, вроде огромных позитрон-электронных  коллайдеров, подобных тому, что работал в CERN в туннеле, где сегодня стоит адронный коллайдер.

Однако в 80-х годах американскими  учеными была открыта новая методика по разгону частиц, где основную роль играл лазер, который превращал  материалы в плазму, а затем "выбивал" из плазмы электроны. По этой причине  стало возможно появление "настольных" ускорителей.

К примеру, в 2011 ученые из Физического института им. Лебедева сконструировали настольный ускоритель, который мог разгонять частицы до энергий в полтора гигаэлектронвольта, а в 2013 физики из Остинского университета смогли разогнать частицы, полученные в настольном ускорителе, до значения в два гигаэлектронвольта.

Пять стран намерены участвовать  в создании коллайдера NICA

Зимой этого года в Объединенном институте по ядерным исследованиям обсуждались инновационные проекты, в том числе — создание коллайдера NICA, который бы работал на встречных пучках ионов. В его основу положен модернизированный сверхпроводящий ускоритель нуклотрон. Этот проект был одобрен еще летом 2011 года в Дубне.

Пятерка стран — Беларусь, Германия, Болгария, Украина, Казахстан  — выражает намерение участвовать  в постройке коллайдера NICA в Дубне. Протокол о намерениях представители  государств уже подписали.

"Меморандум о намерениях  — это формальное выражение  заинтересованности стран в начале  проработке вопросов: организационных,  юридических, научных, финансовых, которые нужно решить, чтоб обеспечить  участие стран в реализации  проекта NICA", — сказал академик  Виктор Матвеев, глава Объединенного  института по ядерным исследованиям,  где будет создаваться ускоритель, пуск которого назначен на 2017 год. Матвеев сказал, что разговоры  ведутся не только о финансовом  участии: "Это будут не только  финансовые вложения, это inkind contribution (поставки комплектующих и оборудования), участие специалистов, экспертов".

Помимо того, ОИЯИ подписал соглашение по сотрудничеству с немецким объединением институтов науки —  Ассоциацией Гельмгольца, которое  подразумевает совместные усилия по созданию коллайдера. NICA (NuclotronbasedIon Colliderf Acility) будет создаваться на основе сверхпроводящего ускорителя нуклотрона, который запущен в 1993 году. Дубнинский коллайдер займется изучением перехода ядерной материи в экстремальных  условиях к новому состоянию, которое  называют кварк-глюонной материей. Ускоритель будет сталкивать пучки ядер атома  золота, разгоняющиеся до энергии 5,5 гигаэлектронвольт/нуклон.