Что нового в этом мире

Поверхность новой солнечной батареи под микроскопом (фото Caltech/Michael Kelzenberg).

Опытный прототип эффективной солнечной батареи, содержащей примерно в 50-100 раз меньше кремния, чем классическая, да к тому же батареи гибкой удалось получить благодаря "свежему" сочетанию известных материалов и хитроумному структурированию ячейки. Несколько таких образцов построены в Калифорнийском технологическом институте (Caltech).

Новый массив поглощает до 96% солнечных лучей на одной из длин волн и солидные 85% от всего падающего солнечного света. Это рекорд для материалов, созданных специально для повышения доли света, "съедаемого" фотоэлектрическим преобразователем. Как отмечает один из авторов разработки, Гарри Этвотер (Harry Atwater), многие материалы хорошо поглощают свет (чёрная краска хотя бы), но они не генерируют ток.

В данном случае за великолепным захватом падающих лучей следует и генерация носителей заряда. Опыт также показал очень высокие внешнюю и внутреннюю квантовую эффективность использованного полупроводника при поглощении им фотонов, иными словами — прототип батареи обладает всеми задатками, чтобы при должной доводке показать очень высокий суммарный КПД.

Схема "ловушки" для солнечных лучей, построенной в Калифорнийском технологическом (иллюстрация Caltech/Michael Kelzenberg).

Но что удивительнее всего, в ряде построенных образцов такое эффективное поглощение работало при том, что собственно кремниевое покрытие занимало лишь от 2% до 10% общей площади батареи (а в основном — менее 5%), равно как и менее 5% от объёма рабочего слоя. Практически всё остальное в новой системе занимает простой прозрачный полимер. Секрет такого "чуда" — в целой армии микроскопических колонн (или проводков) из кремния, установленных перпендикулярно основанию панели.

Сама идея структурирования поверхности солнечной ячейки на микро- и даже наноуровне для радикального роста усвоения света — не нова. В 2007 году с этой целью учёные построили "Наноманхэттен" из углеродных нанотрубок, а в 2008-м многослойное покрытие из "лесов", "деревья" в которых представляли собой наностержни из диоксида титана.

Однако, авторы новой работы довели проект такого рода до совершенства. Они поставили множество опытов с разными параметрами "колонн" (остановились на диаметре 1 микрометр при длине 30-100 мкм) и расстоянии между отдельными "колоннами". Учёные выяснили, что выгодно не сближать микропроводки слишком тесно — прозрачное пространство между ними хорошо работает на многократную трансляцию лучей — те фотоны, что не поглощаются кремниевыми стержнями, отражаются не вверх, а в стороны — на многочисленные соседние "колонны".

Кроме того, оказалось, что новая батарея лучше воспринимает свет, падающий под самыми разными углами, нежели батарея классическая, чувствительная к точному нацеливанию на Солнце.

Пока технология апробирована только на совсем крошечных образцах (поперечником в десяток миллиметров). Следующим шагом исследователей будет построение аналогичных преобразователей более крупного размера и их тестирование.

Физики получили самую высокую на настоящий момент температуру в искусственных условиях. Статья ученых появится в журнале Physical Review Letters.

В рамках эксперимента производилось столкновение ионов золота в ускорителе RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider - Релятивистский коллайдер тяжелых ионов). В результате была получена кварк-глюонная плазма с температурой около 4 триллионов градусов по Цельсию. Для сравнения, температура нейтронной звезды, сформировавшейся сразу после взрыва сверхновой второго типа, составляет около 100 миллиардов градусов по Цельсию.

Известно, что адроны бесцветны, то есть цветные заряды кварков, входящих в их состав, компенсируют друг друга примерно так же, как компенсируют друг друга заряды электронов и протонов в нейтральном атоме. При сверхвысоких энергиях отдельные адроны перестают быть бесцветными, и образуется кварк-глюонная плазма, которая в целом не имеет цвета, однако считается состоящей из почти свободных кварков и глюонов.

Изначально предполагалось, что такая плазма представляет собой газ, однако в 2005 году по результатам работы RHIC было установлено, что она ведет себя скорее как жидкость, почти лишенная вязкости и текущая без трения. По словам физиков, новые результаты подтверждают данные пятилетней давности.

Считается, что в течение нескольких микросекунд после Большого Взрыва Вселенная состояла из кварк-глюонной плазмы. Таким образом, проводимые исследования позволяют лучше понять процессы, которые происходили на раннем этапе развития космоса. Об этом сообщает Lenta.ru со ссылкой на официальный сайт Брукхейвенской национальной лаборатории.

Ведущий автор эксперимента и образцы пластин различного состава с капельками воды при температурах от -12 до -4 °C (фото Weizmann Institute of Science, David Ehre et al./Science).

При контакте с определённым классом веществ переохлаждённая вода начинает превращаться в лёд с повышением температуры. Такой необычный опыт провела группа исследователей под руководством Игоря Любомирского из научного института Вайцмана.

Чистая переохлаждённая вода способна оставаться жидкой до -40 градусов по Цельсию, и обычно переходу её в кристаллическое состояние способствует какое-либо внешнее возмущение или добавка центров кристаллизации (мелких твёрдых частиц). Однако возможна парадоксальная ситуация, при которой переохлаждённая жидкость самопроизвольно и резко начнёт обращаться в лёд при нагреве.

Данный эффект, как открыли Любомирский (он на фото под заголовком) и его коллеги, получается при контакте воды с пироэлектриками. Последние представляют собой материалы, способные при росте или падении температуры создавать на своей поверхности временные нескомпенсированные электрические заряды.

По результатам экспериментов с водой на кристалле LiTaO3 и на квазиаморфной тонкой плёнке SrTiO3 учёные установили, что появление положительных зарядов на поверхности этих веществ способствует кристаллизации H2O, а отрицательных зарядов, напротив, снижает температуру замерзания воды. Это, в свою очередь, приводит к интересным явлениям.

Так, капельки воды, охлаждённые на отрицательно заряженной поверхности LiTaO3 до 11 градусов ниже нуля (и остающиеся при этом жидкими), мгновенно замораживаются при повышении температуры до -8 °C, поскольку пироэлектрик в этот момент меняет заряд поверхности на положительный.

Также авторы эксперимента, используя рентген, установили, что на положительно заряженной поверхности замораживание начинается с раздела твёрдое тело/вода, а на отрицательно заряженной поверхности лёд растёт с границы вода/воздух. Вероятно, это связано с поляризацией молекул воды (электронные облака в которой смещены в сторону кислорода) и притягиванием (или отталкиванием) того или иного её края к заряженной поверхности пироэлектрика.

"Разница между положительным и отрицательным зарядами была неожиданной", — прокомментировал наблюдаемые эффекты Любомирский. Детали опыта можно найти в статье в Science.

Понимание всех тонкостей взаимодействия воды и пироэлектриков может дать богатую пищу для размышлений о защитных процессах в тканях холоднокровных животных, попадающих в лёд, а также может привести к новым методам криоконсервации клеток и тканей, защиты сельскохозяйственных растений от замерзания и искусственной генерации облаков.

Модифицированный Boeing 747-400F несёт сверхмощный лазер в своём чреве. Поворотный "телескоп" на носу – лишь вершина технического айсберга (фото Boeing, Missile Defense Agency).

Успехом завершились испытания американского противоракетного лазера воздушного базирования Airborne Laser, состоявшиеся сегодня в 07:44 по московскому времени. Летящий недалеко от побережья Калифорнии самолёт обнаружил специально выпущенную баллистическую ракету и сжёг её лучом ещё на разгонном участке траектории. Такое произошло впервые в мире.

Лазерную стратегическую противоракетную систему несколько лет разрабатывали, строили и тестировали (сперва на земле) несколько компаний, главные из которых Boeing (самолёт-носитель оружия — Boeing 747-400F, интеграция всех систем), Northrop Grumman (боевой лазер мегаваттного класса — самый мощный мобильный лазер на планете) и Lockheed Martin (системы определения цели и наведения установки). Мы подробно рассказывали об этом проекте.

Теперь же настал момент истины: сложнейший комплекс, занимающий львиную долю фюзеляжа переделанного "Боинга", показал себя в деле — сбил настоящую ракету.

Как уточняет агентство противоракетной обороны США, баллистическая ракета была выпущена с мобильной морской платформы. Всего через несколько секунд приборы экспериментального самолёта Airborne Laser Testbed (ALTB) зафиксировали ракету и начали сопровождение цели низкоэнергетическим лазером.

Затем был включён второй маломощный лазер для замера атмосферных помех и коррекции боевого луча, и наконец по ракете был открыт огонь из мегаваттного лазера, который нагрел цель до появления "критических повреждений". На уничтожение ракеты системе потребовалось менее двух минут.

Менее чем через час в небо была выпущена вторая ракета — уже на твёрдом топливе. ALTB поймал в перекрестие и её, приступив к обстрелу, однако лазер был намеренно выключен до уничтожения цели, поскольку были выполнены все задачи данного теста. Аналогичную твердотопливную баллистическую ракету ALTB успешно сжёг 3 февраля 2010 года, добавляет агентство.

"С этого успешного эксперимента Airborne Laser проложил путь для нового поколения ультраточного высокоэнергетического оружия. Будущие платформы направленной энергии изменят путь, каким Соединённые Штаты смогут защищать себя и своих союзников. Возможность приложить точно размеренную силу со скоростью света спасёт жизни", — заявил после испытания Майкл Ринн (Michael Rinn), вице-президент Boeing и директор программы Airborne Laser.

В физике атомное ядро получает приставку "гало" (на рисунке – пример такого ядра у 11Be), если его радиус заметно больше, чем предсказывает капельная модель, где ядро считается сферой постоянной плотности (иллюстрация Universitat Mainz).

Японские физики, проведя эксперимент на ускорителе, доказали, что у радиоактивного изотопа углерода ²²C два нейтрона значительно удалены от центра и формируют гало-ядро (halo nucleus) так называемого борромейского типа.

Как правило, атомное ядро — это тесно связанная система протонов и нейтронов. Однако у некоторых изотопов субатомные частицы, которые обычно находятся внутри ядра, выдвигаются на орбиту вовне и образуют "нимб". Состоящий из 16 нейтронов и 6 протонов ²²C, как выяснилось, обладает именно таким ядром, более того – самым тяжёлым из известных на сегодняшний день.

Первые наблюдения гало-ядра с радиусом, значительно превышающим расчётный, были проведены около двадцати лет назад в национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (LBL) на ускорителе Bevalac. Тогда же специалисты получили первые опытные образцы "гало" на примере изотопа ¹¹Li.

Выбрав для нового опыта элемент ²²C, исследователи заранее шли на риск: до этого ещё никому не удавалось получить "борромейскую" систему со столь тяжёлым ядром. Несмотря на то что атомы ²²C из-за переизбытка нейтронов довольно быстро распадаются на более простые элементы, даже их относительная стабильность стала для учёных сюрпризом.

Взаимодействие двух нейтронов и ядра пока весьма сложно описать из-за классического парадокса трёх тел. Тем не менее сам факт выявления и анализа ²²C — важная веха в ядерной физике и, похоже, предел того, чего можно достичь, используя современные технологии. Статья японских специалистов опубликована в Physical Review Letters (смотрите также PDF-документ).

Новое исследование очень важно для новой науки спинтроники, изучающей использование в качестве носителя информации спина электрона, а не его заряда как обычно (фото Brian Wilson).

Учёный Принстонского университета Джейсон Петта (Jason Petta) при помощи коллег разработал новый метод изменения параметров одного или двух электронов на выбор, не задевая триллионы других вокруг. Это важный шаг к созданию квантовых компьютеров нового типа.

Как сообщается в пресс-релизе, Петта продемонстрировал технику манипуляции конкретно выбранными электронами, используя при этом исключительно электрические средства воздействия.

В большинстве предшествовавших экспериментов исследователи в основном прибегали к помощи микроволнового излучения для оперирования большим массивом электронов, которые, взятые вместе, образуют единый квантовый бит. Кубит, напомним, это аналог классического бита в квантовых вычислениях, то есть наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере.

Манипулирование в качестве кубитов отдельными электронами, продемонстрированное Джейсоном (ранее проводились лишь примерно схожие опыты), может открыть дорогу к созданию компьютерной памяти невиданной плотности или поможет более подробно протестировать необычные устройства, нацеленные на работу с одним электроном.

Метод учёного, подробно описанный в Science, вкратце состоит в следующем: электроны находятся в своеобразных "загонах", в так называемых квантовых ямах, которые создаются на поверхности полупроводника (арсенида галлия) при подаче напряжения на электроды (материал при этом охлаждён до температуры, приближенной к абсолютному нулю). Тем самым формируются кубиты.

Глубиной каждой "ямы" можно управлять путём изменения напряжения, а отдельные электроны перемещать из одной ямы к другой простым переключением напряжения между электродами.

До этого эксперимента не было ясно, смогут ли экспериментаторы взаимодействовать со спином одного из электронов, не нарушая спин другого в столь тесном пространстве. Петта доказал – могут. В его ловушке электроны пребывают в весьма экзотическом переходном состоянии, где спиновое состояние пары электронов переплетается с почти макроскопической степенью их свободы.

Норвежская компания Statkraft недалеко от Осло построила первую в мире электростанцию, основанную на осмотическом давлении. В камере, разделенной полупроницаемой мембраной, по одну сторону находится морская, то есть соленая вода, а по другую – пресная, которая стремится проникнуть через мембрану, пропускающую только молекулы воды. При этом возникает избыточное давление (осмотическое давление) в той части камеры, где находится морская вода. Это избыточное давление используется для приведения в действие гидротурбины, вращающей электрогенератор, который вырабатывает электричество.

Получение электроэнергии таким способом не сопровождается выбросами парниковых газов, и в процессе используются лишь возобновляемые источники энергии, то есть речная и морская вода. Такие электростанции имеет смысл возводить в местах, где большие реки впадают в море. Именно в таких местах расположено и много крупных городов.

На свою разработку инженеры компании потратили около 10 лет, строительство самой опытной электростанции заняло чуть более года. Построенная электростанция производит 2-4 кВт электроэнергии – ее эффективность пока составляет 1 Вт с 1 кв. м мембраны, и основное ее назначение – отработка технологии и повышение эффективности до 5 Вт/кв. м мембраны. Как считает руководство компании, коммерческая электростанция большой мощности будет запущена уже через несколько лет.

Глобальный потенциал «осмотической энергии» компания оценивает примерно в 1600 – 1700 ТВт – столько электроэнергии, по данным Statkraft, производил Китай в 2002 году.

Как сообщается в последнем Бюллетене Росгидромета «Изменение климата», разработку мембран компания Statkraft осуществляет в сотрудничестве с американским космическим агентством NASA, которое заинтересовано в их использовании для переработки использованной воды на космических кораблях.

Отметим, что гидроэлектростанции компании Statkraft производят почти весь объём потребляемой в Норвегии электроэнергии.

Для точного измерения времени прибытия частиц, проходящих через материал, учёные применили источник пар фотонов и высокочувствительный интерферометр (иллюстрация Natalia Borjemscaia et al./Joint Quantum Institute/Optical Society of America).

Обычно время путешествия света сквозь кусок какого-нибудь вещества линейно зависит от толщины преодолеваемого слоя и его показателя преломления. Но для наноматериалов это правило может нарушаться, и порой самым парадоксальным образом, что на опыте продемонстрировали специалисты из Объединённого института квантовой физики (Joint Quantum Institute — JQI).

Слева: эффект сильного изменения времени путешествия света при добавке всего одного слоя. Справа: взаимодействие проходящей волны с границами слоёв (иллюстрации Joint Quantum Institute).

Исходя из простой логики и законов физики кажется, что при "полёте" через несколько разных веществ последовательно время путешествия фотона должно быть суммой времени прохождения им каждого слоя. Однако реальность порой отказывается работать по такой схеме.

Учёные построили "бутерброд", поочерёдно составив вместе три десятка слоёв двух типов диэлектриков с высоким (H) и низким (L) значением показателя преломления. Каждый слой насчитывал в толщину по 80 и 89 нанометров (для разных материалов соответственно). Отдельные фотоны в пучке могут как отражаться от границы таких слоёв, так и перемещаться дальше. Согласно авторам установки, прохождение фотонов через такой "бутерброд" идентично эффекту Хартмана (Hartman effect), при котором время квантового туннелирования частиц через барьер в какой-то момент перестаёт зависеть от растущей толщины барьера, что, по идее, может приводить к появлению иллюзии сверхсветового движения.

Время распространения фотонов (по вертикали, фс) в зависимости от числа слоёв (по горизонтали, в парах штук, N) и от архитектуры "бутерброда" (чередование H-L-H-L, либо L-H-L-H и так далее, плюс добавка H или L). Сплошная наклонная прямая – движение света через слой вакуума той же толщины. Кривые – теоретические графики для разных вариантов установки, высчитанные авторами, четыре крупных значка – результат реального измерения, согласующийся с предсказанным. Видно, что слоёная система "сэндвича" способна создать условия как для замедленного (точки выше прямой), так и сверхсветового (точки, лежащие ниже прямой) перемещения частиц света (иллюстрация Natalia Borjemscaia et al./Joint Quantum Institute/Optical Society of America).

Однако физиков из JQI заинтересовало совмещение данного эффекта с другим аспектом работы такого "бутерброда": американцы показали на практике огромную его чувствительность к добавлению всего одного слоя диэлектрика. Это, по мнению учёных, наглядно выявляет фокусы, проистекающие из волновой природы света, а ещё — служит великолепной физической моделью для изучения явления квантового туннелирования.

Исходный набор слоёв отдельные (подсчитанные) фотоны (а вернее — импульсы) преодолевали за 12,84 фемтосекунды, что, как нетрудно подсчитать, заметно медленнее скорости света в вакууме. Добавление же в конец "бутерброда" всего одного слоя типа L приводило к совершенно непропорциональному росту времени прохождения "бутерброда". Прибавка составила 3,52 фемтосекунды (сумма — уже 16,36 фс). А ведь чисто математически один слой (исходя из его толщины и индекса преломления) должен был прибавить лишь 0,59 фс.

Но ещё более поразительный эффект наблюдался, если в конец "сэндвича" добавляли один слой не L, а H. Время преодоления всего набора сокращалось до 5,34 фс, что для "бутерброда" общей толщиной примерно 2,6 микрометра равноценно скорости, существенно большей, чем пресловутая c. Учёные из JQI объяснили, почему так происходит. Хотя в начале и конце своего пути (от источника к детектору) фотоны выступают скорее как частицы, внутри "сэндвича" они работают как волны. При этом часть волн проходит прямо, часть отражается от границ слоёв и интерферирует с "прямыми" волнами. Это наложение приводит к возникновению в системе "опережающих" фотонов, которые выглядят как передвигающиеся быстрее света.

Однако никакая информация быстрее света не передаётся, поскольку только малая доля фотонов в очень большом пучке (энной длительности) проникает через весь "сэндвич". Если бы детектор на другом конце "трассы" зафиксировал все испущенные вначале фотоны, он показал бы обычное распределение их во времени, то есть нормальную форму импульса. Детали эксперимента можно найти в статье в Optics Express.

Окошко в вакуумной камере позволяет пронаблюдать за плазменным коконом. Его удерживает парящее устройство, охлаждённое жидким гелием (фото MIT).

Подъём замороженного магнитного "бублика", включение левитации и уход лифта вниз. Удерживающий электромагнит управляется быстродействующим компьютером, следящим за положением главного "бублика" по всем осям и по углу наклона при помощи набора из восьми лазеров и ряда других детекторов (иллюстрации MIT).

"Снежок в аду" — так охарактеризовал эту установку один из её создателей. Представьте 600-килограммовый "бублик", охлаждённый до минус 269 по Цельсию. Он парит, ни к чему не прикасаясь, будучи окружён со всех сторон плазмой, которая нагрета до 10 миллионов градусов. По мнению физиков, это прообраз устройства для получения практически неограниченной чистой энергии.

Управляемый ядерный синтез сулит миру кучу выгод: топливо из морской воды и бездна энергии без вредных выбросов. Осталось решить один вопрос – как лучше всего удерживать горячую плазму. Наряду с "лазерным обстрелом" зарядов-мишеней надежды физиков связаны с огромными магнитными ловушками — токамаками и стеллараторами. Увы, несмотря на десятилетия исследований и опытов, во всех трёх случаях учёным ещё далеко до безоговорочной победы.

Очень сложно оказалось достичь нужных параметров плазмы. Из-за её капризов установки постепенно вырастают в размерах, массе и, что важнее, становятся всё сложнее. Многотонные магниты формируют поля сложной формы, настраиваемые к тому же с невероятной точностью. Но управляемый синтез, словно жар-птица, не даётся физикам в руки, хотя перьев из её хвоста в последние годы повыдёргивали немало. В нижней части LDX имеется стационарный криогенный магнит, охлаждаемый жидким гелием. С его запуска начинается цикл. Через полчаса, когда ток в нём достигает почти 4,4 мегаампера, поле — 5 тесла, а сохранённая энергия — 12 мегаджоулей, начинается охлаждение левитирующего магнита (через теплообменник). На это уходит 2,5 часа.

Теперь стационарная катушка разряжается и отдаёт свою энергию подвижной. И уже в ней начинает течь огромный ток — до 1,5 мегаампера. Низкая температура этого главного магнита сохраняется благодаря собственному запасу (1,5 кг) жидкого гелия, который омывает обмотку магнита, а от внешнего теплового воздействия "бублик" защищается двойными, как у термоса, стенками, обеспечивающими теплопотерю меньше 1 ватта.

После того как магнит-снежок вышел на рабочий режим, его поднимает в центр рабочей камеры механический лифт, увенчанный той самой "тарелкой". По достижении магнитом заданной высоты учёные включат систему левитации — это ещё один мощный электромагнит (на высокотемпературных теперь уже сверхпроводниках), который расположен снаружи камеры, на её крыше. Он своим полем удерживает главный магнит от падения, когда "лифт-тарелка" уже в одиночестве опускается вниз, чтобы оказаться вне зоны, где будет господствовать плазма.

Следующий шаг — разогрев газа в камере при помощи микроволнового излучателя. В этот момент вокруг "ледяного бублика" формируется слой чрезвычайно горячей плазмы, научные данные о поведении которой и есть главная продукция установки.

Горячая фаза эксперимента длится секунды, зато её в течение нескольких часов кряду можно повторять каждые пять минут (они необходимы для подстройки тех или иных параметров полей в поисках лучшего соотношения). Пик же температуры и плотности плазмы держится в каждом таком "выстреле" в течение сотых долей секунды, но этого вполне достаточно для целей физиков, тем более что перед нами лишь первая экспериментальная установка, призванная обкатать принцип "снежка в аду" на практике. В конце работы всё происходит в обратном порядке: лифт поднимается вверх, магнитную систему левитации отключают, "тарелка" забирает "бублик" и опускает его вниз. Здесь "бублик" передаёт свою энергию стационарной катушке, после чего ему можно позволить медленно "оттаять" — нагреться до температуры выше точки перехода в сверхпроводимость (это обеспечивает теплообменник, по которому запускают более тёплый гелий). Интересно также, что находящаяся в главной фазе под облачком плазмы "тарелка" подъёмника (она подпружинена) служит страховкой, на случай если управляющая левитацией система "собьётся с курса". Тогда магнитный тор упадёт не слишком низко и ударится не слишком сильно (а такое уже произошло пару раз).

Основная фаза работы установки – генерация и удержание горячей плазмы. В этот момент сверхпроводящий летающий "бублик" напоминает планету в миниатюре, с магнитосферой, поймавшей в плен быстрые заряженные частицы (иллюстрации MIT).

Левитация главного магнита очень важна для контроля за плазмой. Ей не мешают никакие подпорки, способные повлиять на поток заряженных частиц или на удерживающее поле. Более того, в ходе ряда опытов создатели установки выявили интересную её особенность — случайные турбулентные потоки в плазме, которые в токамаках снижают её плотность, тут, напротив, только приводят к росту плотности газа. (Детали достижения раскрывает статья в Nature Physics).

Такое противоинтуитивное явление в лабораторных условиях наблюдается впервые. Но не в космосе. Джей Кеснер (Jay Kesner) из Массачусетского технологического, один из руководителей проекта, поясняет в пресс-релизе института, что идея LDX во многом была вдохновлена наблюдениями за магнитосферами планет. А в них турбулентность в потоках заряженных частиц нередко приводит к концентрации плазмы.

Такая аналогия в процессах, по мнению учёных, открывает любопытную дорогу к созданию относительно простых систем управляемого ядерного синтеза. Если в токамаках, где плазму стараются удержать, подталкивая целым набором полей извне, случайные колебания действуют против этого полезного усилия, то в LDX уплотнение горячей плазмы происходит естественным образом. При этом летающий тороидальный магнит плазму не толкает, а словно притягивает. Разница — примерно такая, как между системами с неустойчивым и устойчивым равновесием. А всего-то надо было вывернуть токамак наизнанку.

Кстати, данному проекту, считая от самого замысла, уже больше 10 лет. Первые опыты на этой установке физики начали в 2004 году, но левитирующий магнит ещё не был левитирующим — он был подвешен на распорках. В 2008-м впервые были проведены опыты с левитацией главного магнита. Ну а теперь получены практические результаты, которые позволяют осторожно говорить о работоспособности метода.

Конечно, не всё ещё ясно. Предстоит улучшить регистрирующую аппаратуру и, скорее всего, построить более крупный и мощный экземпляр LDX. Но ведь и у токамаков история эволюции — просто длиннющая. И никто их не списывает со счетов.

Если открытый в LDX эффект концентрации частиц от случайных флуктуаций удастся воспроизвести в большем масштабе, повысив ещё и температуру плазмы, новая техника может оказаться куда более привлекательной ещё по одной важной причине. В то время как в токамаках учёные сосредоточены на запуске реакции дейтерия с тритием (она менее требовательна к параметрам плазмы), "снежок в аду", по словам его создателей, оптимален для куда более капризной реакции типа дейтерий-дейтерий. В чём разница? Отличий много (в нейтронном излучении, к примеру), но главное – одно: тритий ещё нужно производить, а дейтерия – полным-полно в природе.

Благодаря сканирующему туннельному микроскопу удалось узнать, что максимальная скорость нанодрагстера – 0,014 мм/час (иллюстрация American Chemical Society).

Невидимый невооружённым глазом гараж молекулярных машин техасского университета Райса (Rice University) пополнился гоночным автомобилем Nanodragster. Наномасштабный драгстер заявлен как ещё один шаг на пути к функциональным наномашинам, которые обязательно займут достойное место в микроэлектронике и других областях применения.

В числе создателей нанодрагстера – профессор Джеймс Тур (James M. Tour), который в 2005 году презентовал самый маленький в мире действующий автомобиль из одной молекулы, а в 2006-м оснастил свой нанокар хитроумным мотором.

В новоявленной машинке авторы прежде всего обращают внимание на колёса. Крупные задние – это бакиболлы из 60 атомов углерода (как на первой версии нанокара), передние поменьше – это сферы из атомов углерода, бора и водорода (они появились на второй модификации авто под названием p-карборан). Таким образом учёные смогли получить преимущества обоих "катков" и заставить транспортное средство работать при гораздо более низкой температуре, чем его предшественники (которым требовались 200 градусов Цельсия).

Отличается Nanodragster от аналогов и своим шасси, которое позволяет автомобилю повернуть с одним поднятым над "дорогой" колесом, а уж когда в воздухе оказываются обе передние сферы, это особенно развлекает исследователей, поскольку напоминает старт настоящих драгстеров.

Подробности создания нанодрагстера опубликованы в пресс-релизе университета Райса и в статье журнала Organic Letters (иллюстрация American Chemical Society).

Узел-трилистник (выделен красной линией). Цвета отражают фазы излучения, измеренные в определённой плоскости (разрез светового пучка) (иллюстрация Mark R. Dennis et al./Nature).

Ещё примеры закрученных вихрей. Виды на узлы сбоку и с торца, а также графические представления узлов. Чёрно-белая проекция отражает интенсивность света (чёрный – максимум), цветные диски – смещение фаз (иллюстрация Mark R. Dennis et al./Nature).

Значительный успех в создании узлов из света достигнут группой физиков под руководством Марка Денниса (Mark Dennis) из Бристольского университета.

Новое исследование фактически свидетельствует о физическом приложении (или воплощении) теории узлов. Как сообщают исследователи в пресс-релизе, им удалось завязать свет в узел, влияя на исходное излучение с помощью специально разработанных голограмм.

Луч света в пространстве можно сравнить с потоком воды в реке – хотя чаще всего он течет по прямой, свет может образовывать и своеобразные вихри (водовороты), формирующие абсолютно чёрные (с нулевой интенсивностью), очень тонкие и искривлённые линии в пространстве – оптические вихри, незаметные простым глазом.

"Изящный дизайн голограммы, необходимый для экспериментальной демонстрации "заузленного" света, демонстрирует методы современного оптического контроля, которые, несомненно, могут быть использованы в будущих поколениях лазерных устройств", – говорит Майлз Пэджетт (Miles Padgett) из университета Глазго, проводивший эксперименты, объяснение которым подготовил Деннис.

Впервые вихри из света были описаны в 1974 году, в опубликованной PNAS статье Джона Ная (J. F. Nye) и сэра Майкла Берри (M. V. Berry), которую можно прочесть здесь (PDF-документ). Кстати, именно Берри (преподававший у Денниса) в своё время и предсказал практическую возможность создания криволинейных лучей света.

Позднее другая группа специалистов выдвинула предположение, что "завихрённый" свет можно ещё сильнее искривлять и даже "завязывать", используя голограммы, – что и было продемонстрировано в новом опыте, результаты которого опубликованы в Nature Physics.

Установка, запущенная недавно в работу, весит 2,5 тонны (фото National High Magnetic Field Laboratory).

Американская Национальная лаборатория сильных магнитных полей (National High Magnetic Field Laboratory – Mag Lab) установила рекорд индукции поля, сгенерированного резистивным магнитом. Испытанная на днях установка будет использоваться для исследования поведения материалов в необычных условиях.

Повышения индукции крайне сложно добиться простым наращиванием силы тока в электромагнитной катушке. При уровне потребления электроэнергии около 20 мегаватт, "протекающих" через довольно компактное устройство, свои ограничения начинают накладывать физические возможности материалов. Так что построить "просто электромагнит" при таких уровнях полей — совсем непростая задача.

Потому учёные и инженеры лаборатории сосредоточили своё внимание на тонких настройках геометрии и архитектуры катушки, составленной из нескольких круглых медных пластин с разрезами и отверстиями для охлаждения (во время работы через магнит прокачивают по 140 литров воды в секунду), перемежаемых листами диэлектриков определённой формы.

Ревизия работавшей несколько лет конструкции позволила нарастить параметры поля фактически без повышения силы тока и напряжения в установке. Новый рекорд составил 36,2 тесла (до рестайлинга эта же установка выдавала 35 тесла), соответственно, обновлённая система стала называться просто 36.2 Tesla Resistive Magnet.

Создаваемое ею поле в 45 тысяч раз сильнее, чем генерируемое типичным магнитиком на холодильник. И это поле пронизывает круглое пустое пространство для образцов, насчитывающее в диаметре 32 миллиметра. Достаточно свободно для широкого спектра опытов.

На очередной выставке бытовой электроники CES 2010 в Лас-Вегасе компания Plastic Logic продемонстрировала свою новую разработку – QUE proReader. Это устройство для чтения электронных книг — по сути, первый продукт для широкой публики, созданный с использованием органических транзисторов.

Компания планирует запустить QUE в массовую продажу на американском рынке уже в апреле 2010 года (фото 3DNews.ru).

Технология, не покидавшая пределы лабораторий последние 20 лет, лишь недавно начала приносить яркие плоды. В новом гаджете, предлагаемом британской компанией (ранее уже радовавшей нас электронной газетой) один миллион органических транзисторов на лёгкой пластиковой подложке обеспечивает работу чёрно-белого сенсорного дисплея.

Plastic Logic не раскрывает подробную информацию о технологии производства транзисторов, но по заявлению её представителей, в процессе их печатания использовался алгоритм roll-to-roll. Вся электроника изготавливается на заводе компании в Дрездене.

На выставке были представлены две модели прибора – "стандартная" с 4 гигабайтами памяти (розничная цена $649) и вариант с 8 гигабайтами памяти за $799. Восьмигигабайтная версия сможет хранить 75 тысяч документов и обладает дополнительной поддержкой 3G.

Приставка "pro" в названии призвана подчеркнуть отличие QUE от "обычных" электронных читалок. Размеры "книги", позиционируемой специалистами компании как лучшее решение для бизнесменов, составляют 275 x 212,5 x 7,5 мм с диагональю экрана 10,7 дюймов (27 сантиметров). Прибор оснащён ударопрочным покрытием и весит всего 0,45 кг.

Экран QUE основан на технологии электронных чернил, текст можно будет читать даже под прямыми лучами солнца. Прибор поддерживает форматы PDF, файлов Microsoft Office. Посредством Wi-Fi владельцы гаджета смогут подключиться к "родному" онлайн-магазину QUE Store или гиганту eBookstore, а также оформить подписку на различные спортивные, новостные и бизнес-издания.

В российских высших учебных заведениях (вуз) сегодня "по-настоящему" учатся 15-20% студентов. Такую точку зрения высказал в интервью радиостанции "Эхо Москвы" министр образования и науки Андрей Фурсенко.

"Я довольно много общаюсь со студентами и с преподавателями. У нас примерно одни и те же оценки: по-настоящему сегодня учатся 15-20%, ну, в хороших вузах - 30% студентов", - сказал он.

"Есть, кто не хочет и не может - я думаю, что их не очень много. Хотя, тоже, наверное, процент сравним с лидерами. А есть достаточно большое количество людей, может быть, до половины, которые могут, но не хотят. В принципе, если создать правильную мотивацию и правильные условия, то они могут учиться", - добавил министр.

А.Фурсенко отметил, что очень важно понять, что делать с такими людьми, как их учить, а также "как обеспечить мотивацию и как заинтересовать их, и как создать технологии, в которых бы они сумели, может быть, быстрее, проще чему-то выучиться и включиться в реальную жизнь".

По оценке министра, в настоящее время 80% выпускников школ идут получать высшее образования. Для сравнения в Советском Союзе в вузы шло максимум 20% выпускников последнего класса школы. При этом до последнего класса доходили далеко не все ученики школ. "То есть, это означает, что была все-таки небольшая часть общества, которая шла и получала высшее образование", - заключил министр образования.

Сравнение данных, полученных при изучении платины и "изоэлектронного" ей карбида вольфрама, показало, что перед учёными практически братья-близнецы (фото Castleman lab, Penn State University).

Материаловеды университета Пенсильвании (Penn State) предположили, что некоторые комбинации атомов могут иметь такие же "электронные подписи", что и другие элементы периодической таблицы Менделеева. Чуть позже учёные подтвердили догадку на практике и даже нашли необычным "заменителям" практическое применение.

Прежде чем рассказывать о нынешнем событии, необходимо напомнить о суператомах (superatom) – кластерах атомов одного химического элемента, обладающих свойствами другого. Мы рассказывали об открытии суператомов алюминия, которые, собираясь в количестве 13 штук, "мимикрируют" под йод, 14 атомов в кластере ведут себя уже как бериллий. Чуть позже физики создали суператомы серебра.

Группа Уэлфорда Каслмана (A. Welford Castleman, Jr.) пошла ещё дальше и распространила идею суператомов на химические соединения. Поначалу учёные предположили, что молекула монооксида титана (TiO) будет равноценна никелю (по электронной оболочке), монооксида циркония (ZrO) — палладию, карбида вольфрама (WC) — платине.

"Выглядело всё так, будто мы можем предсказывать, какие комбинации элементов необходимы и какие суператомы они будут образовывать. Достаточно взглянуть в периодическую таблицу, чтобы увидеть, что монооксид титана образует суператом никеля, — поясняет в пресс-релизе университета Уэлфорд.

Сравнение графиков энергетических пиков и "фотографий" излучающих электроны атома никеля (справа сверху) и молекулы монооксида титана (справа снизу). Подобия видны с первого взгляда (фото Castleman lab, Penn State University).

- Начнём с титана, имеющего на внешней оболочке четыре электрона. Перешагнув на шесть элементов вправо (именно столько "внешних" электронов у кислорода), мы попадаем на никель, обладающий десятью электронами на внешней оболочке. Комбинация из четырёх и шести электронов образует оболочку, изоэлектронную оболочке никеля". Поначалу материаловеды предположили, что это лишь совпадение, а позже решили, что его необходимо проверить на практике.

Каслман и двое его аспирантов исследовали образцы материалов при помощи фотоэлектронной спектроскопии, после чего сравнили полученные данные. Использованный метод позволяет измерить энергию, необходимую для удаления электронов с различных энергетических уровней. Оказалось, что во всех трёх парах (TiO и никель, ZrO и палладий, WC и платина) энергии, необходимые для "срыва" электронов с внешних слоёв молекул и атомов, совпадают. (Подробности описаны в статье авторов, опубликованной в открытом доступе в PNAS.)

Возможно, данное явление не является общим для всей периодической таблицы и охватывает лишь её часть. Сейчас учёные исследуют переходные металлы. Чуть позже группа Каслмана планирует выяснить, обладают ли суператомы теми же химическими свойствами, что и их одноэлементные аналоги.

Если удастся подтвердить последнее, то перед материаловедами откроется совершенно новая область науки, в которой вместо дорогостоящих элементов (таких как платина) будут использоваться более дешёвые изоэлектронные аналоги. "Платина часто применяется как катализатор, если производители заменят её карбидом вольфрама, будет сэкономлено значительное количество денег", — добавляет Уэлфорд.

Точно так же можно было бы сократить расходы, поменяв палладий на монооксид циркония, который стоит в 500 раз дешевле. "Наше открытие является захватывающим как с научной, так и с практической точки зрения", — восхищается Каслман.

Физики установили, что магнитное поле создаваемое двумя скрещивающимися проводниками - конфигурация, часто встречающаяся в бытовой электронике, - может иметь хаотическую структуру. Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводит Physical Review Focus.

До недавнего времени считалось, что запутанное магнитное поле (речь идет о силовых линиях поля) встречается в плазме, а в "бытовых" условиях его форма не очень сильно отличается от модельных примеров, которые можно найти в любом учебнике по физике. Впервые это утверждение было оспорено в работе 2007 года, когда группе испанских физиков удалось показать, что в случае замкнутого проводника конфигурация силовых линий может быть крайне сложной.

В рамках новой работы ученые использовали компьютерное моделирование - при помощи ЭВМ они численно решали уравнения, описывающие воздействие на пробный заряд магнитных полей, создаваемых двумя проводниками. Плоскости проводников располагались под углом 90 градусов. В результате ученым удалось построить силовые линии, которые "наматываются" на проводники.

При этом полученная структура получилась хаотичной, что с точки зрения математики означает отсутствие достаточного (в некотором смысле) числа законов сохранения, именуемых первыми интегралами. По словам самих исследователей, они совершенно не ожидали обнаружить столь сложное явление при столь простой конфигурации проводников.

По адресу www.gosuslugi.ru заработал портал государственных услуг. Пока там можно найти лишь адреса и телефоны госорганов, бланки документов и точную информацию о порядке оформления паспортов, пенсий, прав собственности и так далее. Но скоро через этот сайт можно будет и подавать заявления, и оплачивать сборы и штрафы.

Если зайти на сайт, то первое действие, которое вам предстоит сделать, это выбрать регион. "Перечень государственных и муниципальных услуг зависит от места их оказания" - гласит надпись в центре экрана. Если указать не только область, но и ваш населенный пункт, то нужная информация будет точнее. Затем на сайте можно зарегистрироваться, и у вас появится собственный личный кабинет.

"Известия" уже писали о том, что правительство планировало перевести в электронную форму 74 приоритетные госуслуги. Но программу в итоге перевыполнили. Сейчас на сайте указано 108 услуг федерального уровня, а в течение нескольких недель появится еще 400 плюс 248 услуг на уровне регионов, уточнил замначальника департамента Минэкономразвития Максим Паршин.

По личному опыту многие из нас знают, что иногда только для получения нужного бланка приходится тратить часы драгоценного времени. Можно, конечно, попробовать позвонить по телефону, но чаще всего в учреждения, где людей и так толпы, не пробиться. Кстати, вместе с порталом по бесплатному номеру 8-800-100-70-10 заработал круглосуточный справочный центр. Позже попасть на портал можно будет и на установленных в общественных местах терминалах вроде тех, через которые многие платят за мобильную связь.

Жители Татарстана могут оценить некоторые "продвинутые" функции портала уже сегодня. Введя номер своей машины и свидетельства на регистрацию транспортного средства, они увидят список выписанных дорожных штрафов. А в начале 2010 года их можно будет тут же и оплатить.

"Портал уже сокращает хождение по инстанциям на одну пятую, - отметил глава Минкомсвязи Игорь Щеголев. - Счет идет на десятки миллионов обращений". Ведь ежегодно регистрируется примерно 360 миллионов обращений граждан в госучреждения. "Это при том, что 17% населения России вообще не обращаются в госорганы", - напомнил Щеголев.

Впрочем, на момент подписания номера в печать на сайт было не попасть. Сначала страница вовсе не желала открываться, а потом долго пыталась справиться с запросом "Москва" в строке выбора региона. Как объяснили в "Ростелекоме", технические трудности возникли при выводе портала из тестового режима. Все проблемы специалисты обещали устранить к утру среды.

Образовавшиеся вихри на фотографии видны в виде тёмных пятен. Их появление хорошо объяснено в статье в Nature, написанной не участвовавшим в данном исследовании профессором Мартином Звиерлейном (Martin Zwierlein) из Массачусетского технологического института (фото Nature).

Необычное магнитное поле для ультрахолодных газов создали физики Объединённого квантового института (Joint Quantum Institute – JQI). Они заставили нейтральные атомы газа вести себя так, будто те являются заряженными частицами, попавшими в настоящее магнитное поле.

На примере ультрахолодных газов можно изучать сложное взаимодействие атомов внутри кристаллических тел. При этом не подмешивается негативное (запутывающее) действие различных примесей и дефектов, которые всегда присутствуют как в твёрдых, так и в жидких материалах.

Учёные научились довольно-таки проворно обращаться с облачками атомов (а в некоторых случаях и с отдельными атомами) даже при температуре, близкой к абсолютному нулю. Однако до сих пор никто не мог смоделировать воздействие на них магнитного поля – и всё из-за нейтральности атомов.

Облачко атомов (показано зелёным цветом) находилось при температуре 100 нанокельвинов. На него воздействовали два лазерных луча (красный). В результате в системе словно появлялось искусственное магнитное поле, направленное перпендикулярно реальному (Beff) (иллюстрация JQI).

Между тем учёным очень хотелось изучить при помощи ультрахолодных газов квантовый эффект Холла (quantum Hall effect), когда, упрощённо говоря, электроны формируют квазичастицы, которые несут на себе лишь часть обычного заряда.

Иэн Спилман (Ian Spielman) и его коллеги придумали, как обойти препятствие. Они направили на облачко ультрахолодного газа из атомов рубидия-87, пойманного в магнитооптическую ловушку, два перпендикулярных лазерных луча (с небольшим различием по частоте). Атомы находились в состоянии, называемом конденсатом Бозе-Эйнштейна. Вместе с лазерами физики использовали обычное магнитное поле, но только градиентное – оно менялось вдоль определённого направления.

В результате совместной работы поля и лучей появлялось воздействие, аналогичное силе Лоренца. И получалось, что нейтральные атомы ведут себя как заряженные частицы в магнитном поле.

Атомы в облаке начинали вращаться, образуя своеобразные вихри. По их появлению можно было судить о наличии стабильного "синтетического" магнитного поля, пишут учёные в своей статье в журнале Nature.

В дальнейшем специалисты JQI планируют создать сферическую систему из 20 тысяч атомов рубидия, поделить её на 100 двумерных слоёв (наподобие блинов), в каждом из которых будет около 200 вихрей. (Отметим, что максимальное количество наблюдаемых ныне образований не превышало 12.) В этом случае учёным удастся изучить квантовый эффект Холла с невероятной детальностью.

Возможно, что на основе нынешнего открытия также будет разработана какая-нибудь необычная форма квантового вычисления, отмечают специалисты в пресс-релизе института.

Идея подобного опыта с сужающимся волноводом была предложена ещё в 2007 году Ортвином Хессом (Ortwin Hess) из Суррейского университета (иллюстрация University of Surrey).

(A) модель "радуголовки" в разрезе. Расстояние между поверхностью линзы и плоским стеклом, на которое её положили, формирует адиабатически меняющийся волновод; (B) ловушка в действии; (C) захваченная радуга в прицеле оптического микроскопа (фото Vera Smolyaninova/Towson University).

При помощи простой линзы и стеклянной пластины удалось построить "ловушку для радуги", демонстрирующую в видимом диапазоне частот замерший свет. Открытие, означающее ещё один шаг к новым методам хранения информации, совершили специалисты университета Таусона под руководством Веры Смоляниновой (Vera Smolyaninova).

Идея опыта заключалась в использовании отрицательного показателя преломления метаматериалов – попросту говоря, по мере того как волновод сужается, втиснутый в него свет останавливается, не в состоянии пройти в отверстие, меньшее, чем длина световой волны.

В итоге свет останавливается полностью, и это называется эффектом "пойманной радуги" (trapped rainbow). Ранее подобные трюки оставались лишь на бумаге, хотя теоретические выкладки подтверждали возможность их провести.

В продемонстрированном командой Смоляниновой эксперименте свойства метаматериала были сымитированы следующим образом: двояковыпуклую линзу диаметром 4,5 миллиметра поместили на плоское стекло стороной, которую предварительно покрыли золотой наноплёнкой толщиной 30 нм. На само стекло также была нанесена аналогичная плёнка слоем толщиной в 70 нм.

Воздушный зазор между этими поверхностями от края к центру сократился почти до нуля и был использован в качестве волновода, описываемого моделью адиабатической кривой.

Учёные послали световой пучок, образованный двумя лазерами – гелий-неоновым (с диапазоном 633 нм) и многоволновым ионно-аргонным (от 457 до 514 нм) в открытый конец волновода. Как и предполагалось, они получили картину застывшей радуги в указанных частотах спектра.

При взгляде сверху под микроскопом эффект наблюдался как серия цветных колец, поначалу красных и плавно перетекающих в зелёные, причём свет просачивался сквозь золотое нанопокрытие. Более подробное описание эксперимента можно прочесть здесь (PDF-документ).

Пойманная радуга – ещё одна маленькая победа экспериментаторов на поле замедления света (slow light), показывающая, что уже очень скоро вместо отдельных электронов для хранения информации будет всё активнее эксплуатироваться световой спектр. Это позволит, к примеру, в тысячи раз увеличить скорость оптических сетей.

Разновидность электроники, в которой для представления информации используется не заряд, а спин электронов, сулит дальнейшее сокращение размеров микросхем и их энергопотребления, а значит и тепловыделения, что является одним из лимитирующих факторов при уплотнении чипов (иллюстрация Berkeley Lab).

Группа учёных из института нанотехнологий университета Твента (MESA+) создала устройство, открывающее спинтронике дорогу к массовому распространению.

Общая схема устройства, созданного в Нидерландах. Внизу: для тестирования технологии авторы построили микросхему с тремя переходами (площадь контакта у каждого 100 х 200 мкм), позволившими проводить инжекцию и детектирование спин-поляризованного потока частиц. На этом рисунке синий цвет – ферромагнетик, розовый – оксид, зелёный – кремний (иллюстрации MESA+, Saroj P. Dash et al.).

Для построения её элементов среди прочего необходимо обеспечить прохождение спин-поляризованного потока электронов через границу между магнитным материалом и полупроводником без потери согласованной ориентации спина у всех участников такого движения. До сих пор такой переход удавалось осуществлять главным образом с экзотическими материалами, типа арсенида галлия. Однако для внедрения спинтроники в промышленность необходимо было научиться делать элементы на основе кремния — главного стройматериала традиционных микросхем.

В 2007 году группа американских учёных и инженеров построила первое работоспособное кремниевое спинтронное устройство. Однако, действовало оно при 85 кельвинах. К тому же, в нём применялся кремний очень высокой степени очистки.

Прорыв учёных из MESA+ заключается в двух вещах: они применили самый обычный для электронной промышленности кремний (с легирующими добавками для получения полупроводников как p-, так и n-типа), и они продемонстрировали успешное инжектирование спин-поляризованных электронов в данный материал при комнатной температуре, показав, что большинство из них сохранило свой спин.

В рекордном устройстве авторы применили железо-никелевый сплав (аналогичный используемому в считывающих головках жёстких дисков), обычную пластинку кремния, а между ними поместили слой оксида алюминия, толщиной менее одного нанометра (всего несколько атомов).

Оксид алюминия — изолятор, но при приложении напряжения часть электронов может туннелировать через этот слой в кремний. При этом применённый изолятор охотнее пропускает электроны с одним спином, нежели с противоположным, что способствует сохранению первоначальной ориентации потока.

Ультрамалая толщина оксидной плёнки и её качество стали ключами к работе устройства: туннелирование электронов прекрасно шло при температуре 27 °C. (В случае p-типа полупроводника речь шла о создании в кремнии потока дырок.) Глубина же проникновения спин-поляризованного потока в кремний составила 230 нм для электронов и 310 нм для дырок, чего более чем достаточно для функционирования электронных компонентов нанометрового масштаба.

Детали достижения можно найти в статье в Nature и в пресс-релизе института.

Готовы к печати контрольные измерительные материалы, по которым выпускники будут сдавать Единый госэкзамен. Что отличает новую версию? Можно ли с помощью этих КИМов объективно оценить знания и способности ребят? Об этом "Известиям" рассказали разработчики заданий.

"Хочу сразу предупредить, что в нынешнем учебном году выпускникам и их родителям не следует ждать чего-то революционного, - отметил директор Федерального института педагогических измерений Андрей Ершов. - Все должно быть прогнозируемо, ведь любое изменение в ЕГЭ может привести к серьезным социальным последствиям".

И все же новшеств хватает. Объем преподавания математики сокращаться не будет, но госэкзамен теперь состоит из двух частей - базовой и профильной.

Математика в разных дозах

Базовая - для всех без исключения, профильная - для сдающих математику в качестве вступительного экзамена. "Базовый уровень экзамена можно сравнить со сдачей на права в ГИБДД, где спрашивают не все, чему учат в автошколе, а в минимальном объеме, необходимом для безопасного участия в дорожном движении", - пояснил директор Московского центра непрерывного математического образования Иван Ященко. Задачи второго раздела гораздо сложнее и ориентированы на требования профильных вузов.

Кроме того, в экзаменационных работах увеличено число задач, взятых из реальной жизни. Например, выпускнику предложат рассчитать, сколько билетов на общественный транспорт можно купить на 100 рублей с учетом подорожания стоимости одного билета на 20%. Или попросят выбрать из нескольких магазинов стройтоваров тот, в котором самое выгодное соотношение цены кафельной плитки и стоимости ее доставки. Согласитесь, это вполне живые и конкретные задания.

По замыслу разработчиков заданий деление ЕГЭ по математике на две части позволяет правильно организовать подготовку к экзамену. Если этот предмет не понадобится школьнику при поступлении в вуз, то ему следует лишь закрепить нужный объем знаний. Все задачи базового уровня выложены в бесплатном доступе в интернете. "Так что, пожалуйста, изучайте, - советует старшеклассникам-гуманитариям математик Ященко. - И не думайте о том, как бы перехитрить экзаменаторов. Просто возьмите и подготовьтесь". Получается, что теперь получить "тройку" по математике проще, чем раньше. Но именно честно получить, а не угадать правильный вариант.

Ответ, я тебя знаю?

Подобных "угадаек" стало меньше и в гуманитарных дисциплинах. Например, в материалах по обществознанию, по словам председателя федеральной предметной комиссии по этой дисциплине Елены Рутковской, из 30 заданий с выбором ответа из нескольких вариантов осталось 24. "Мы не хотим, чтобы наш экзамен воспринимался как некая игра по угадыванию правильного ответа, - говорит Рутковская. - Наоборот, стремимся к тому, чтобы выпускник мог обосновать и аргументировать свою позицию. Особенно гордимся тем, что есть обществоведческое эссе на выбранную выпускником тему".

По схожему пути пошли и историки. Как рассказал председатель предметной комиссии разработчиков материалов ЕГЭ по этой дисциплине профессор Василий Зверев, в 2010 году в базовом уровне теста по истории вместо 32 будет 27 заданий. "За счет этого мы повысили количество вопросов более сложного уровня. Теперь в нем 15, а не 11 заданий", - пояснил он.

Писатели учат думать

Из базовых тестов по литературе оставили только те, что требуют точного краткого ответа - слова или словосочетания. Кроме них ЕГЭ-2010 будет включать в себя два художественных текста: фрагмент эпического либо драматического произведения и лирическое произведение. Как рассказал председатель предметной комиссии профессор Сергей Зинин, эти задания требуют развернутого ответа и, самое главное, интерпретации. А завершает экзамен по литературе сочинение, вопросы к которому сформулированы в проблемном ключе.

"Мы ушли от трафаретных ответов, - поясняет Сергей Зинин. - Например, стихотворение Твардовского "Я знаю, никакой моей вины в том, что другие не пришли с войны..." заканчивается строчками: "Речь не о том, но все же, все же, все же...". На ЕГЭ-2009 был вопрос: о чем умалчивает поэт? Дать точный ответ на этот вопрос невозможно в принципе, поэтому и ответы детей были разные. Кто-то написал, что здесь речь идет об ответственности художника за судьбы людей и мира. Кто-то посчитал, что это эмоциональная концовка, иначе получилась бы излишняя велеречивость. И какой из этих двух ответов мы должны признать неправильным? Да никакой, каждый по-своему прав. Мы приглашаем школьника думать, размышлять, сопереживать, сострадать. Без этого литературное образование потеряло бы всякий смысл".

Ученые еще немного подразогнали элементарные частицы, циркулирующие с пятницы по 27-километровому туннелю, расположенному на глубине 100 метров на границе Швейцарии и Франции. В настоящее время энергия пучков протонов увеличена с 450 до 540 гигаэлектронвольт (ГэВ). "Это был всего лишь предварительный тест", - игриво заметил официальный представитель Европейского центра ядерных исследований Джеймс Гиллес, добавив, что исследователи находятся на пути к тому, чтобы добиться к концу этого года мощности пучков в 1,2 тераэлектронвольт (ТэВ), что сделало бы БАК самым мощным коллайдером в мире. В настоящее время таковым считается работащий вблизи Чикаго коллайдер "Теватрон". К январю-февралю ученые надеются довести энергию до 7 ТэВ, или 3,5 ТэВ на пучок. Тогда и начнутся эксперименты, ради которых, собственно, и создавался вновь запущенный на прошлой неделе после годового ремонта БАК стоимостью в $9,8 миллиарда.

При помощи анализа результатов столкновения частиц ученые надеются глубже проникнуть в тайны материи, достичь самых высоких из когда-либо изученных энергий. При самом оптимистичном исходе исследователи смогут воссоздать условия, существовавшие 13 миллиардов лет назад спустя 1-2 триллионные доли секунды после Большого взрыва, приведшего, по господствующей в современной науке теории, к возникновению нашей Вселенной. Первые столкновения частиц, пока на низкой энергии, были зафиксированы учеными ЦЕРН в понедельник, отмечает ИТАР-ТАСС.

Физикам из Национального института стандартов и технологий в США впервые удалось собрать простейший программируемый квантовый компьютер. Статья ученых появилась в журнале Nature Physics, а ее краткое изложение приводит New Scientist.

Машина ученых работает с двумя кубитами - квантовыми аналогами бита, которые могут одновременно находиться в двух состояниях. В новой установке эти объекты реализованы как ионы бериллия в миниатюрной (около 200 нанометров) магнитной ловушке. Помимо бериллия в ловушках находятся ионы магния, предотвращающие ненужные вибрации и обеспечивающие стабильность. Ученые заставляли кубиты работать, используя лазерные импульсы в ультрафиолетовом диапазоне.

Чтобы продемонстрировать универсальность своего компьютера, физики отобрали наугад 160 простейших вычислительных программ с участием двух кубитов. Для реализации всех программ потребовался 31 вид лазерных импульсов, каждый из которых обеспечивал работу одного или двух кубитов. Каждая из программ запускалась по 900 раз.

После проведения испытаний, исследователи сравнили полученные результаты, с предсказанными теорией. В результате у них получилось достаточно хорошее согласование. При этом, однако, они отмечают, что пока их компьютер совершает достаточно большое количество ошибок. Так, доля верных ответов составляет около 80 процентов (для нормальной работы необходимо 99,99 процента). По словам ученых, это связано со случайными флуктуациями лазерного источника.

Создатели нового компьютера подчеркивают, что их машина должна стать важной частью будущего полноценного квантового компьютера. Их разработка позволяет, например, достаточно легко выполнять многие рутинные операции.

Квантовые компьютеры - пока существующие только в теории вычислительные машины, работа которых основана на принципах квантовой механики. Считается, что во многих областях применение подобных машин позволит добиться значительных успехов по сравнению с существующими классическими компьютерами. Недавно ученым впервые удалось реализовать квантовый процессор с использованием стандартных технологий производства полупроводниковых чипов.

Судя по последним данным, пространство всё же "гладкое" и соответствует описанию Эйнштейна, а не представляет собой квантовую пену, как предполагает одна из относительно новых теорий (иллюстрация NASA/GSFC).

Орбитальный гамма-телескоп Ферми (FGST) позволил доказать правоту Альберта Эйнштейна ещё раз: скорость света в вакууме оказалась не зависящей от энергии фотонов. А это ставит под сомнение теорию квантовой гравитации, активно развиваемую физиками в последние годы.

Питер Майкельсон (Peter Michelson) из Стэнфорда (Stanford University), ведущий учёный миссии FGST, совместно с большой интернациональной группой учёных опубликовал в Nature статью, в которой изложил детальный анализ гамма-вспышки GRB 090510, зафиксированной FGST 10 мая 2009 года.

В этом событии примечательными оказались два пойманных фотона, порождённых, как предполагается, в результате мощного катаклизма вроде столкновения двух нейтронных звёзд.

Всё же имеющийся лаг в прибытии двух фотонов (на рисунке они условно показаны фиолетовым и жёлтым) авторы новой работы списывают не на отличия в скорости бега этих частиц, а на разницу во времени рождения данных гамма-квантов непосредственно на месте события (космической катастрофы). Кстати, вся вспышка, зафиксированная датчиками спутника FGST, длилась 2,1 секунды. Она также поставила рекорд – самое быстрое зафиксированное движение вещества: джет, испускавший гамма-фотоны, двигался со скоростью 99,99995% от скорости света, – сообщают исследователи (иллюстрация NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet).

Эти фотоны обладали различной частотой, и их энергия отличалась в миллион раз. Но при этом один был зафиксирован всего на 0,9 секунды прежде другого. С учётом того, что пробежали они через Вселенную расстояние в 7,3 миллиарда световых лет, — это можно считать одновременной фиксацией, то есть летели они через пространство фактически с одной скоростью.

Предыдущее примечательное наблюдение FGST вроде бы приоткрыло дверь для квантовой гравитации: тогда наблюдалось явное расхождение во времени прибытия низко- и высокоэнергичных фотонов, однако, похоже, эти отличия объясняются всё же тонкостями в генерации гамма-вспышек, а не "работой" пространства на пути между источником лучей и Землёй.

Напомним, одним из возможных объяснений запаздывания фотонов высоких энергий является их более сильное взаимодействие с пространством-временем. Мол, на масштабе, в триллионы раз меньшем, чем поперечник электрона, пространство представляет собой "пену", с которой пролетающие фотоны реагируют определённым образом.

Только ещё выстраиваемая учёными теория квантовой гравитации (пытающаяся объединить все известные взаимодействия) как раз предполагает такое явление. Однако, если судить по GRB 090510, его нет, а теорию относительности пока рано считать устаревшей. Лоренц-инвариантность не была нарушена даже в масштабе Планка, объясняют физики в своей статье.

Помимо охоты за гамма-вспышками телескоп Ферми проводит полный обзор неба. Так, только за первый год работы спутник захватил более тысячи отдельных источников гамма-лучей. Как поясняют специалисты, работающие с FGST в пресс-релизе NASA, речь идёт именно о постоянных источниках.

И почти половину из них уже удалось соотнести с астрономическими объектами, давно наблюдаемыми в других диапазонах волн. Это далёкие галактики и массивные чёрные дыры в них, а в Млечном Пути — пульсары и двойные системы, одним из компонентов которых является нейтронная звезда. Анализ всех этих данных позволит получить новые сведения не только о столь разнообразном "населении" космоса, но и о природе пространства-времени.

Модель "чёрной дыры", состоящей из метаматериалов (иллюстрация Qiang Cheng, Tie Jun Cui).

Над первой рукотворной чёрной дырой для микроволнового излучения работали американские теоретики и китайские инженеры. Ловушка для электромагнитных волн получилась довольно компактной.

Теоретическое описание устройства, которое могло бы затягивать световые лучи, представили в начале года Александр Килдышев и Владимир Шалаев из университета Пардью. Тогда учёные выпустили статью в журнале Physical Review Letters (её также можно скачать здесь, PDF-документ, 3,05 мегабайта).

В основе идеи лежало представление о космических чёрных дырах, которые благодаря сильнейшей гравитации искривляют пространство-время и затягивают в свои недра всю окружающую материю и излучение.

Американские физики посчитали, что существует возможность создания устройства, которое схожим образом искривляло бы световые лучи и приводило их к своему центру. Для этого необходимо было бы построить цилиндрическую структуру, состоящую из центрального ядра и ряда концентрических колец.

А так рукотворная чёрная дыра выглядит в реальности (внешний диаметр 22 сантиметра). 60 концентрических слоёв различаются не только физическими характеристиками, но и формой, которая показана на врезках (фото Qiang Cheng, Tie Jun Cui).

Изменяя путь прохождения света, необходимо сделать так, чтобы диэлектрическая проницаемость колец, влияющая на электрическую составляющую электромагнитного излучения, постепенно (и плавно) возрастала от края к центру. Подобное устройство было бы аналогом искривления пространства-времени близ настоящей чёрной дыры. Чтобы в центре не произошло отражения, а наоборот, свет поглотился, диэлектрическая проницаемость ядра должна совпасть с таковой у последнего кольца.

Именно такой аппарат создали Те Цзунь Цуй (Tie Jun Cui) и Цян Чэн (Qiang Cheng) из Юго-восточного университета Нанкина (Southeast University in Nanjing): 60 колец, сложных структур из метаматериалов (metamaterial), составляют оболочку устройства (40 внешних колец) и ядро-поглотитель (20 внутренних). Правда, пока китайским учёным удалось таким образом поймать лишь микроволновое излучение.

"Когда электромагнитная волна попадает на поверхность устройства, она захватывается и направляется от оболочки к центру, где поглощается. Ядро преобразует абсорбированный свет в тепло", — рассказывает Цуй.

"Не ожидал, что им удастся так быстро реализовать эту идею на практике", — комментирует Евгений Нариманов, ещё один сотрудник лаборатории профессора Шалаева, который участвовал во многих работах подобного рода.

Что же касается видимого света, то его китайские физики пообещали поглотить к концу года. И это несмотря на то, что работать с ним будет гораздо сложнее. Длина волн видимого света на порядок меньше того же значения для микроволнового излучения, а значит, и отлавливающие их кольца должны быть более миниатюрными.

Новинку можно будет использовать для создания более эффективных солнечных батарей. Например, "чёрная дыра" пригодится там, где много рассеянного света. Ведь подобное устройство затягивает в себя лучи любого направления. "Если мы добьёмся чего-то подобного, нам больше не понадобятся эти гигантские параболические зеркала", — считает Нариманов.

Статья китайских учёных опубликована в Applied Physics Letters (препринт статьи можно найти на сайте ArXiv.org). Читайте также о попытках физиков воплотить в реальность при помощи метаматериалов шапку-невидимку и "суперрассеиватели", которые создают иллюзию, что объекты больше, чем они есть на самом деле. А ещё познакомьтесь с моделью чёрной дыры в треугольной капле воды и звуковой чёрной дырой.