Физика

В Швейцарии впервые испытан лазерный навигатор для молнии.

Световые волны атомов стронция или иттербия позволяют точнее отмерять временные интервалы, чем микроволновое излучение цезия, которое пока служит стандартом для измерения времени. К 2030 году при переходе на световой стандарт времени человечеству придется найти способы синхронизировать часы по всей Земле и в ближайшем космосе. Очередной шаг к дальней сверке часов сделали китайские физики. С помощью переданного по воздуху лазерного излучения они смогли синхронизировать двое часов на расстоянии в 113 километров, что в семь раз больше предыдущего рекорда.

Вопрос о том, почему медведи непринужденно передвигаются по заснеженному льду, решила прояснить мультидисциплинарная команда исследователей. В сканирующем электронном микроскопе они изучали медвежьи лапы и их реплики. На подушечках лап есть кожные выросты в форме сосков размерами от миллиметра до его долей. Ученые построили характеристики шероховатости кожи в интервале от долей микрона до миллиметров. У белых медведей по сравнению с близкими родственниками соски в 1,2–1,5 раза длиннее. Модели подушечек с разной шероховатостью отпечатали на полимерах и протестировали их сцепление с заснеженным льдом.

Графен знаменит своими приложениями, однако этот двумерный слой атомов графита легко разрушить. Австралийские ученые предложили пассивировать графен очень тонкой пленкой оксида галлия со структурой стекла. При температуре чуть выше комнатной пленками в сотню атомных слоев удавалось покрывать около квадратного сантиметра графена. Простота процесса пассивации дает возможность встроить его в современные технологии производства электронных приборов. Интересно, что оксид галлия не только защищает пленку графена, но и улучшает ее электронные характеристики, поскольку обладает хорошими диэлектрическими свойствами.

В конце прошлого года о своем успехе в термоядерном лазерном синтезе объявили ученые лаборатории им. Лоуренса в городе Ливермор. Для этих целей здесь построена самая большая в мире установка. Лазерный импульс сжимает миллиметровую в диаметре мишень с горючим до давлений 300 миллиардов атмосфер и разогревает ее до 100 миллионов градусов. Сообщается, что физики добились полуторакратного превышения выходной энергии над вложенной (3,15 против 2,05 МДж), но из-за неожиданно большого выхода энергии часть оборудования вышла из строя.

Где можно найти магнитные частицы железа? В лунном грунте, доставленном на Землю в конце 2020 года китайской станцией «Чаньэ-5», был обнаружен магнетит. А недавно Британские ученые выяснили, что до половины всех частиц, загрязняющих воздух в лондонском метро, составляет маггемит.

Исследователи Техниона провели эксперимент по превращению листа растения Корпускулярия Лемана в электролитическую батарейку методом тыка железного анода и платинового катода. При подключении внешней нагрузки фототок в светлое время суток составил 0,02 миллиампера и продолжал течь целый день. Физики отмечают, что на катоде их батарейки протоны объединяются в газообразный водород, который можно будет собирать и потом использовать. Новейший метод может привести к развитию зеленых энергетических технологий, экологичных и многофункциональных. Однако, как скоро вянут такие батарейки, ученые не сообщают.

Японские ученые изучили коррозию стали в жидком олове при температуре от 400 до 600ºC. Оба материала планируют применять в будущих термоядерных реакторах непрерывного действия. Исследователи установили, что на поверхности стали при 500ºC нарастал слой FeSn₂ в сторону жидкого олова. Рост слоя интерметаллида внутрь твердой стали был заметен спустя 250 часов и происходил за счет диффузии атомов олова вдоль границ мартенситной структуры. Авторы работы выявили ключевой механизм разрушения стали в жидком олове. Статья появилась в журнале Corrosion Science.

В конце прошлого года в журнале Science появился новый обзор, посвященный научному поиску новых аккумуляторных электролитов и прогрессу их получения. Эта проблема насущна для современных литий-ионных батарей, а также натрий-ионных и литий-кислородных аккумуляторов. Особое внимание авторы статьи обращают на формирование на электродах нанометровых покрывающих интерфаз, которые снижают эффективность химических реакций. Существенная часть обзора посвящена созданию серии долгоживущих твердых электролитов, устойчивых к экстремально высоким и низким температурам.

Почему горячая вода замерзает быстрее холодной? Как выяснили химики, секрет кроется в количестве энергии, запасенной в водородных связях между молекулами воды.

Рассеянное скопление обычно имеет два хвоста из звезд, движущихся впереди и позади него по орбите вокруг центра галактики. Немецкие астрономы изучили пять скоплений из близких галактик и нашли, что в каждом из них в отстающем хвосте звезд меньше. Кроме этого ученые обнаружили, что эти скопления живут меньше, чем предсказывает теория Ньютона. Компьютерные расчеты показали, что малые времена жизни и данные о распределении звезд хорошо описывает не закон всемирного тяготения Ньютона, а теория MOND, предложенная в 1983 году физиком М. Мильгромом.

На основе спутанных квантовых состояний человек создал защищенную от злоумышленников связь и надеется заполучить квантовый компьютер, возможности которого сопоставимы, а то и превосходят возможности человеческого мозга. А что, если само человеческое сознание есть результат работы квантового компьютера, спрятанного в мозгу?

Нобелевскую премию по физике за 2022 год дали Алену Аспе, Джону Клаузеру и Антону Цайлингеру за эксперименты со спутанными фотонами, установление факта нарушения неравенства Белла и пионерские работы по квантовой информатике. Главным применением изученных ими явлений стала квантовая связь, тот самый защищенный от прослушивания квантовый телефон, который год назад связал корпуса МГУ имени М.В. Ломоносова. Поскольку это явление уже не раз обсуждалось на страницах журнала, имеет смысл остановиться на деталях той работы, которую провели будущие лауреаты.

Команда физиков из нескольких европейских университетов продемонстрировала возможность недорогой миниатюризации инфракрасного детектора. Ученые впервые представили работающий прототип ИК Фурье-спектрометра с квантовыми точками в качестве приемной головки. Если технологию удастся запустить в массовое производство, то прибор станет карманной химической лабораторией. Она сможет вести экспресс-контроль качества пищи, определять вредные химические загрязнения, мониторить чистоту воздуха, выявлять газы на производствах и даже обнаруживать поддельные лекарства. Подходы авторов работы можно будет применить и для миниатюризации рамановских спектрометров, биодатчиков, а также для создания высокоразрешающих видео- и фотокамер, в каждый элемент изображения которых встроен свой спектрометр.

Физики предложили математическую теорию, лежащую в основе прокола биологических тканей. Механика прокола пока далека от полного понимания, а зубы, жала, иглы и колючки широко распространены в животном и растительном мире как средство охоты, питания и защиты от врагов. Ученые вывели безразмерные соотношения между энергией, затраченной на прокол, геометрией острия, а также свойствами прокалываемого материала. В качестве меры эффективности прокола предложено использовать отношение энергии, выделившейся при его создании, к энергии деформации материала. Авторы теории проверили свои предсказания конечно-разностным расчетом на компьютере и простыми экспериментами.

С помощью сверхскоростного сканирующего электронного микроскопа группа физиков экспериментально изучила свойства носителей тока в совершенных кубических кристаллах арсенида бора, выращенных в лаборатории Хьюстонского университета. Исследователи смогли детально по времени и пространству измерить диффузию носителей, возбужденных фемтосекундным лазером в кристаллической мишени. Ученые обнаружили, что электроны кристалла остаются в возбужденном состоянии гораздо дольше, чем в обычных полупроводниках, что хорошо согласуется с высокой теплопроводностью арсенида бора. Результаты работы дают надежду на создание на нем солнечных батарей с высоким КПД.