Крупнейший магнит в мире установят в индийской лаборатории
Схематичное изображение нейтринного детектора Изображение: wwwino.tifr.res.in В Индии началось строительство подземной лаборатории по изучению нейтрино (нейтральных частиц, участвующих только в слабом и гравитационном взаимодействии). Главные эксперименты пройдут на магнитном детекторе весом в 50 тысяч тонн — самом большом магните в мире: его масса почти вчетверо выше крупнейшего магнита Большого адронного коллайдера. Об этом сообщает New Scientist.
Сначала Индийскую обсерваторию нейтрино планировали создать в местечке Сингара (штат Тамилнад), однако экологи заблокировали проект из-за близости площадки к охраняемой территории, где живут тигры и слоны. В итоге обсерваторию разместят под горой Ино, около деревни Поттипурам в ста километрах от старейшего индийского города Мадурай.
Лабораторию разместят на глубине 1,3 километра. Она будет состоять из трех отсеков, в крупнейшем из которых (132 на 26 на 30 метров) поставят нейтринный детектор.
Задача проекта — отслеживать нейтрино, возникающие в ходе взаимодействий космического излучения и атмосферы Земли. Размещение в пещере защищает детектор от «шума», создаваемого другими частицами: тем гораздо сложнее проходить сквозь толщу камня. Кроме того, экваториальная позиция лаборатории позволит ученым отследить нейтрино, вылетающие из Солнца и проходящие сквозь ядро Земли.
Сложность при изучении нейтрино заключается в том, что оно не участвует в электромагнитном и сильном взаимодействиях. Из-за этого, чтобы прореагировать с материей, нейтрино должно буквально натолкнуться на атомное ядро. Вероятность такого события, даже при плотном потоке нейтрино, крайне мала. Именно поэтому эксперименты, связанные с нейтрино, занимают много времени.
Схематичное изображение нейтринной обсерватории Изображение: wwwino.tifr.res.in
Я тоже читал эту новость, но до конца не уловил для чего нужен магнит. На ЦЕРНе всё понятно для чего, для удержания потока частиц в узком пучке, а здесь как магнит относится к нейтрино?
Пару дней убил. Только догадки на вопрос "зачем большой магнит". Скорее всего для детектирования и удержания "осколков" от столкновений нейтрино с веществом. Ибо в других нейтриноискателях, реализуется "обычный" принцип обнаружения нейтрино - при помощи рабочего тела/жидкости -сцинтиллятора, на основе черенковского излучения. Способы регистрации нейтрино В ентой статье как раз про поля магнитные.
УЧЁНЫЕ ИЗВЛЕКЛИ РЕАЛЬНЫЕ ФОТОНЫ ИЗ ВИРТУАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ Александр Березин — 27 февраля 2013 года, 17:52 Массив СКВИДов, собранный финскими физиками, обнаружил микроволны, порождаемые благодаря динамическому эффекту Казимира.
Исследователи из Университета Аалто (Финляндия) преуспели в эксперименте очень необычной природы.
Вакуум не пуст, в нём постоянно возникают и исчезают виртуальные частицы. Обычно они так и остаются виртуальными: обязаны либо поглотиться какой-либо частицей, либо распасться, причём столь быстро, что это, казалось бы, почти никогда напрямую не влияет на реальные частицы. Масса и энергия таких виртуальных частиц не ограничены «сверху», хотя это и не нарушает закон сохранения энергии: время существования виртуальных частиц тем меньше, чем больше их энергия. В связи с этим до недавних пор многие были склонны считать виртуальные частицы существующими скорее в качестве математической абстракции, нежели чего-то настоящего. Финны провели эксперимент с движущимся зеркалом, и он в очередной раз показал, что на практике эти частицы можно превратить в реальные. В опыте использовался массив из 250 СКВИДов, сверхпроводящих квантовых интерферометров, лежащих в основе МРТ (что применяется для исследования головного мозга).
Изменяя магнитное поле в таком устройстве, можно регулировать в нём скорость света (конечно, не превышая 299 792,458 км/с). С точки зрения электромагнитного поля вакуума, излучение, отражаемое такими СКВИДами, воспринимает их в качестве движущегося «зеркала». «Если действовать быстро, можно не дать [виртуальным] частицам рекомбинироваться — и тогда они трансформируются в частицы реальные, которые можно зарегистрировать», — замечает доктор Сорин Параоану (Sorin Paraoanu), один из авторов рассматриваемой работы.
В общем, при быстром изменении скорости распространения света в массиве СКВИДов физикам удалось извлечь из вакуумного квантового шума фотоны микроволн. Теоретически наиболее массивные частицы получатся, если «зеркало» двигать с колоссальными ускорениями, но до такой экспериментальной техники нам пока далеко. Поэтому на сей раз были «материализованы» фотоны «всего лишь» микроволнового излучения.
Часть экспериментальной установки.
В будущем авторы работы мечтают создать при помощи таких экспериментальных устройств искусственный горизонт событий чёрной дыры и наблюдать исходящее от него легендарное излучение Хокинга.
Если это удастся, такие эксперименты могут иметь краеугольное значение как для физики, так и для космологии.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Подготовлено по материалам Университета Аалто. Компьюлента
Александр Телишев / В мире, Наука 03 октября 2014, 17:53 Янус-частица Фермионы Майораны под микроскопом. 3D-представление: Yazdani Lab, Princeton University
Физики увидели частицу, которая одновременно ведет себя, как материя и антиматерия Американские ученые из Принстонского университета объявили в четверг об успешном завершении эксперимента, в рамках которого они впервые смогли напрямую проследить за поведением и физическими свойствами «виртуальной» элементарной частицы, одновременно обладающей характеристиками материи и антиматерии. Эта частица, так называемый «фермион Майораны», может стать основой для квантовых компьютеров, способных сохранять стабильность на протяжении практически неограниченного времени. О результатах исследования рассказывает пресс-служба университета.
«Что самое интересное, создать такие частицы достаточно просто — для этого вам потребуются всего лишь железо и свинец. Оказалось, что если у вас есть материал, обладающий сильными магнитными свойствами, который может быть как железом, так и другими магнитами, в толще которых электроны подвергаются действию сильного поля, шансы на возникновение фермионов Майораны вырастают на порядки. Для появления фермионов Майораны нужно просто добавить релятивистские эффекты, чего можно легко достичь, добавив на поверхность железа атомы тяжелых элементов, таких как свинец. Мы ожидаем, что эти неуловимые частицы могут существовать и в других типах материалов», — объясняет Андрей Берневиг из Принстонского университета, один из авторов статьи.
Берневиг и его коллеги, в том числе выходец из России Илья Дроздов, на протяжении двух последних лет работали над созданием инструментов, которые позволили бы им напрямую наблюдать за физическими процессами, происходящими на стыке между сверхпроводником и обычным металлом. Как сегодня считают многие физики, в этой точке могут зарождаться особые квазичастицы, неотличимые по своим свойствам от неуловимых фермионов Майораны.
Еще в 1937 году, на заре развития квантовой физики, итальянский физик Этторе Майорана выяснил, что в нашей Вселенной теоретически могут существовать особые элементарные частицы, которые одновременно обладают свойствами материи и антиматерии. Благодаря своей особой природе они будут вести себя крайне необычно с точки зрения физики — к примеру, у них будет отсутствовать электрический или иной заряд, они будут крайне плохо взаимодействовать с другими формами материи и обладать либо крайне большой, либо очень малой массой.
Фермионы Майораны, как их сегодня называют ученые, интересуют их по двум причинам, одна из которых является чисто практической, а вторая — имеет огромное значение для космологии и теоретической физики. Теоретиков и астрофизиков привлекает то, что эти частицы по своим предполагаемым свойствам очень похожи на то, как себя ведет темная материя, на чью долю приходится примерно четверть от общей массы и энергии Вселенной. Открытие и изучение свойств фермионов Майораны может помочь космологам найти причины многих известных парадоксов — преобладания материи над антиматерией в нашей Вселенной, господства темной энергии и материи над видимой материей, а также других тайн мироздания.
Практиков интересует нейтральность этих частиц, а также их «нежелание» взаимодействовать с окружающим миром. Оба этих свойства делают подобные фермионы идеальным строительным материалом для кубитов — ячеек памяти и вычислительных звеньев квантовых компьютеров. Сегодня ученые создают их путем «спутывания» фотонов, электронов и прочих жителей микромира. Подобные союзы частиц, из-за их взаимодействия с внешним миром, живут крайне недолго, и их замена фермионами Майораны позволит радикальным образом решить эту проблему.
Несмотря на огромный интерес к этим частицам, за весь остаток минувшего столетия так и не удалось найти фермионы Майораны или их виртуальные подобия, так называемые квазичастицы. Первый прорыв в поисках «януса» произошел только в 2001 году, когда российско-американский физик Алексей Китаев понял, что виртуальные фермионы Майораны могут возникать на противоположных концах провода, изготовленного из сверхпроводящих материалов. Первое подтверждение теоретических выкладок Китаева было получено только в 2012 году, когда европейские ученые представили в журнале Science результаты опытов по «выращиванию» двуликих частиц в полосках сплава индия и сурьмы.
Не все ученые поверили в это открытие, так как его авторы наблюдали за появлением фермионов Майораны не напрямую, а следили за тем, как их появление влияло на характер движения электронов в окружающей среде. Берневиг, Дроздов и их коллеги решили восполнить пробелы в методологии их европейских коллег и попытались напрямую проследить за рождением «частиц-янусов», используя специально созданный для этой цели микроскоп, на постройку которого фонд исследований Военно-морского министерства США выделил около трех миллионов долларов.
Этот прибор относится к категории так называемых сканирующих туннельных микроскопов. Они считывают «рельеф» молекул при помощи импульсов электрического тока, которые подаются через сверхтонкую металлическую иглу и просачиваются в образец благодаря эффекту квантового тунеллирования. Это позволяет получать изображения практически любой поверхности с почти атомным разрешением.
Подобная точность была необходима ученым по одной простой причине — фрагмент проводника, в котором должны рождаться фермионы Майораны, представляет собой нанопровод из железа толщиной в один атом и глубиной в три атома. Эта микроскопическая цепочка была прикреплена к поверхности пластины из чистейшего свинца, на изготовление и очистку которой у ученых ушло несколько месяцев.
Когда физики охладили свинцовый лист до температуры в минус 272 градусов Цельсия, всего на один градус выше абсолютного нуля, внутри железной цепочки возникли своеобразные «белые пятна», хорошо заметные для микроскопа. Это свидетельствовало в пользу того, что в этих точках существуют электрически нейтральные квазичастицы, которыми в данном случае могут быть только неуловимые «частицы-янусы».
«Наблюдения показали, что этот сигнал присутствует только на концах провода. Это ключевое свойство (фермионов Майораны), и если вы его не видите, то подобный сигнал может возникать по целому ряду совершенно других причин. То, что мы сделали, можно без сомнения называть самым "прямым" способом для поиска фермионов Майораны, возникающих на стыках между некоторыми материалами. И если вы хотите найти их у себя в лаборатории, то вам придется использовать такой микроскоп, который позволяет увидеть фермионы там, где они на самом деле есть», — добавляет Али Яздани из Принстонского университета, руководитель лаборатории.
По словам Яздани, публикация работы его научной группы является прямым подтверждением того, что европейским физикам действительно удалось обнаружить виртуальные фермионы Майораны в 2012 году. Как считает американский физик, настоящие фермионы Майораны сегодня вряд ли можно будет создать сегодня при помощи уже существующих ускорителей частиц — для этого потребуются энергии, на два-три порядка превышающие мощность Большого адронного коллайдера. Тем не менее даже виртуальных фермионов Майораны достаточно для того, чтобы использовать их в качестве основы для квантовых компьютеров будущего, заключает ученый.
"Изменяя магнитное поле в таком устройстве, можно регулировать в нём скорость света (конечно, не превышая 299 792,458 км/с)" А если всё-таки попробовать превысить, вдруг и получиться, хотя что из этого выйдет, то ещё бабушка надвое сказала. Может так бабахнуть, если что не так расчитают или чего не предусмотрят.
Важнейшие результаты фундаментальных и прикладных исследований, выполненных в ИЯФ им. Г.Н. Будкера СО РАН в 1997 году
По разделу "Приоритетные направления фундаментальных исследований": Первое экспериментальное наблюдение процесса расщепления фотона в сильном Кулоновском поле ядра. На уникальном пучке меченных Комптоновских гамма-квантов высоких энергий установки РОКК-1М электрон-позитронного накопителя ВЭПП-4М закончены эксперименты по исследованию нелинейных процессов квантовой электродинамики в поле тяжелых ядер. Впервые в мире экспериментально наблюден процесс расщепления фотона в сильном кулоновском поле ядра, имеющий предельно малую относительную вероятность, а также процесс Дельбрюковского рассеяния фотона. (ИЯФ СО РАН) (А,I,1.3.1)
АННОТАЦИЯ
Исследование нелинейных процессов квантовой электродинамики в поле тяжелых ядер, таких как упругое рассеяние фотона в кулоновском поле (Дельбрюковское рассеяние) и расщепление фотона в кулоновском поле, является важным для проверки современной квантовой теории. Расщеплением фотона называется процесс рассеяния в кулоновском поле ядра, в котором начальный фотон расщепляется на два, сумма энергий которых равна энергии начального фотона. Этот процесс запрещен в классической линейной электродинамике, но возможен в релятивистской квантовой теории, благодаря взаимодействию двух начальных фотонов (один реальный и один виртуальный, соответствующий Кулоновскому полю ядра) через электрон-позитронную петлю. Наблюдение этого явления эквивалентно наблюдению процесса рассеяния света на свете. Прямой эксперимент по рассеянию света на свете затруднен малостью сечения и трудностями получения низкофоновых фотонных пучков. До настоящего времени процесс расщепления фотона не наблюдался, хотя многократно обсуждались различные схемы постановки этого эксперимента и предпринимались попытки его проведения. С 1994 года в ИЯФ СО РАН на установке РОКК-1М - интенсивном источнике поляризованных меченых гамма квантов высоких энергий на коллайдере ВЭПП-4М, проводились вышеназванные исследования. Для наблюдения процессов со столь низким сечением потребовалось создание уникального канала для формирования пучка гамма квантов на ядерной мишени, который позволяет в достаточной мере подавить фоновые процессы, сечение которых во много раз выше, чем сечения процессов расщепления фотона и Дельбрюковского рассеяния. Для регистрация фотонов в конечном состоянии использовался калориметр полного поглощения на жидком криптоне, позволяющий регистрировать энергию и координаты частиц. Первые в мире экспериментальные результаты по наблюдению процесса расщепления фотона были получены только в этом году в ИЯФ СО РАН. По результатам предварительной обработки эксперимента измеренное сечение процесса на 25% ниже теоретического сечения, вычисленного в приближении Вейцзакера-Вилльямса, то есть в низшем порядке теории возмущений по внешнему полю. Сравнение результатов нашего эксперимента с более точными теоретическими предсказаниями, выполняемыми в настоящее время в ИЯФ СО РАН, позволит понять роль и структуру высших порядков теории возмущений квантовой электродинамики.
(Научные руководители темы - д.ф-м.н. Г.Я. Кезерашвили, д.ф-м.н. Ю.А. Тихонов.)
