Невероятная наука

Наличие слабых физических полей вокруг человеческого тела советские физики надежно зафиксировали в 80-х годах ХХ века. Спустя полвека интерес к ним вновь ожил: ученых из Канады и США заинтересовали одиночные фотоны, которые исходят из головы человека. А что, если по этим фотонам можно более надежно судить о работе мозга и даже читать мысли человека?

В год столетия квантовой механики у нобелевского комитета не было особого выбора: Нобелевскую премию по физике 2025 года присудили за открытие макроскопического квантового туннельного эффекта и квантизации энергии в электрических цепях. Лауреатами стали трое американских ученых: Джон Кларк, Мишель Деворе и Джон Мартинис.

Глюкоза — основной источник энергии в живой природе, можно сказать, концентрат солнечной энергии, запасенной при фотосинтезе. Инженеры из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Минэнерго США решили использовать это живительное вещество в техническом устройстве: создать глюкозный источник электричества.

Физики известны своим хитроумием и не устают выдумывать все более и более тонкие эксперименты с целью померить то, что, казалось бы, измерить невозможно. И уже добрались до измерения кривизны пространства, порождаемого массой в прямом смысле слова на лабораторном столе.

Организация Объединенных Наций объявила 2025 год «Международным годом квантовой науки и квантовых технологий». Почему именно этот год?

Проблеме коренного различия между физикой как наукой и физикой как школьным учебным предметом и методам перебрасывания мостика между ними с помощью задач была посвящена статья «Отвори потихоньку калитку…». Здесь мы обратимся к иному пути — к лабораторным работам.

Эффект Мпембы не первое десятилетие волнует людей, любящих истинную науку. Казалось бы, опыт, проведенный в 2014 году, закрыл вопрос. Ан нет, появляются новые соображения.

Среди способов приготовления кофе есть и заварка, или пуровер. Для него служит помещенная в чашку воронка, в которую кладут бумажный фильтр, насыпают молотый кофе и далее, согласно инструкции, тонкой струйкой наливают кипяток. Физики из Пенсильванского университета установили, что эта рекомендация неверна.

Бутылки с бугельной пробкой не из дешевых, их чаще используют для самодельного, ремесленного, пива. И среди этих ремесленников встречаются люди, имеющие отношение к науке; им всё интересно. В частности, Макса Коха из Гёттингенского университета заинтересовал вопрос — какой же именно звук издает бутылка с бугельной пробкой и как она это делает.

Можно ли стоять на поверхности Земли и извлекать энергию от ее вращения? Казалось бы, ответ очевиден: нет. Ведь для этого надо совершить работу, а как, если не делаешь ничего? Не будем торопиться, а порассуждаем…

Важнейший компонент электронных устройств — кремниевые транзисторы. Из-за физических ограничений они не могут работать при электрическом напряжении ниже порогов в единицы и десятые доли вольта. На основе гетероперехода GaSb/InAs исследователи Массачусетского технологического института создали новый тип трехмерных транзисторов. Основаны они на эффекте квантового туннелирования электронов. Сверхтонкие приборы в виде стержней сечением всего в 6 нанометров могут резко переключаться, но все еще работают с малым током, что пока снижает их производительность. Сегодня это самые маленькие 3D-транзисторы в мире.

Разрешение оптических микроскопов ограничено длиной волны видимого света и составляет около половины микрометра. Однако современная наука и технологии требуют изучения все более мелкомасштабных явлений. Для этого обычно используют электронные микроскопы и микроскопы атомных сил. Одну из модификаций последних предложили немецкие ученые. Разработанный ими прибор предназначен для исследования магнитных структур на поверхности магнитных металлов с разрешением в десятки нанометров. В основе нового типа атомно-силового микроскопа лежит аномальный эффект Нернста. Преимущество новой методики состоит в том, что она позволит изучать хиральные антиферромагнитные материалы.

В органических ионно-электронных проводниках ток проводят оба типа его носителей. Эти проводники представляют собой смесь двух фаз и сочетают преимущества ионной сигнализации биологических систем и привычной нам электроники. Такие материалы интересны разработчикам мягкой робототехники, биосенсоров для умной медицины, устройств нейроморфных вычислений. Применение проводников со смешанной проводимостью пока ограничивает малая подвижность и медленный перенос их ионов. Группа исследователей из США нашла способ, как более чем на порядок ускорить движение ионов. В этом физикам помогла биология…

Классическая линейная оптика вполне успешно объясняет привычные нам световые явления. В обычной ситуации лучи света проходят сквозь друг друга, никак не взаимодействуя между собой. Однако в определенных условиях лазерный луч может стать для другого непрозрачным объектом и отбрасывать тень. Группа исследователей из Брукхейвенской национальной лаборатории показала, как это может быть. Через кристалл рубина экспериментаторы пропускали луч мощного зеленого лазера. При его интенсивности выше пороговой рассеянное излучение синего лазера создавало тень в перпендикулярном направлении. Исследователи измерили контраст тени в зависимости от мощности зеленого лазера и построили теоретическую модель явления.

Вода обладает необычными свойствами, которые делают ее уникальным веществом и определяют ее особое поведение при различных температурах и давлениях. Известные модели пока не могут полностью воспроизвести такие свойства воды, как плохую сжимаемость и высокую теплоемкость. Одна из проблем, которую пытаются разрешить исследователи — это количественное описание фазового перехода между двумя жидкими формами воды при переохлаждении, то есть при понижении температуры ниже точки замерзания. Недавно испанские ученые разработали теоретическую квантовую модель, которая впервые количественно воспроизводит поведение жидкой воды практически при всех температурах и давлениях, встречающихся на нашей планете. В основе модели лежат анализ движения и взаимодействия молекул, при которых они обмениваются электронами.

Ответ кажется очевидным — в кожице ягоды много антоцианов, они и придают такой цвет. Однако этот ответ неверен: пигмент в ягодах красный, это видно по цвету сока. А синими они становятся благодаря наноструктурам в воске, покрывающем ягоды. Устройство соответствующих наноструктур изучили британские ученые из Бристольского университета.