все домашние работы по физике

Падение антиматерии «закрыло» антигравитацию

Хотя итоги нового эксперимента совпали с общими предсказаниями теории Эйнштейна, по ряду причин полученный результат не был очевиден заранее. Экспериментальные данные впервые позволили решить столь важный вопрос окончательно.

Часть установки ALPHA-g, использованной в новом эксперименте

Принцип слабой эквивалентности сил гравитации и инерции Общей теории относительности Эйнштейна указывает, что все объекты, вне зависимости от их массы или конкретного состава, должны падать в гравитационном поле в одном направлении. Другой вывод просто несовместим с видением гравитации в ОТО.

Однако на протяжении десятков лет целый ряд физиков пытались выдвигать иные предположения — основывая свои попытки на том, что ОТО обладает, на их взгляд, некоторыми слабостями. Первой стало предсказание состояния сингулярности (при котором физические законы не работают, а время не течет) в момент старта Большого взрыва. Вторым многие посчитали отсутствие квантовой теории гравитации — из-за моды на квантовый подход этим ученым казалось, что и гравитация должна быть описана с таких позиций, хотя сам Эйнштейн подобное мнение не разделял.

В этом смысле возможность установить, ведет ли себя антиматерия так, как предсказывает его теория или как предполагали многие сторонники создания квантовой теории гравитации, имела очень большое значение. Если антивещество «падает» вверх, то основные постулаты ОТО нуждаются в корректировке, либо, как это формулируют иные исследователи, «перед нами открывается дорога для Новой физики».

Было и множество гипотез «с практическим уклоном» — о том, что антивещество будет отталкиваться обычной гравитацией, на основе чего можно будет создать «антигравитационные машины». В XX веке в США была даже правительственная программа, исследующая такую возможность.

На практике прояснить вопрос оказалось исключительно сложно: антиматерию трудно создать и изолировать от обычной так, чтобы удерживающие ее при этом магнитные поля не «зашумляли» воздействие гравитации на античастицу.

В 2018 году специальная группа при ЦЕРН запустила ALPHA-g — специализированную магнитную ловушку для атомов антиводорода, созданную именно для проверки такой возможности. Атомы антивещества — антиатомы — сперва «подвешивали» в вакуумной камере, а потом так отключали действующие на них магнитные силы (они же силы, удерживающие атом в пустоте), чтобы можно было непосредственно увидеть, куда же падает антивещество.

Для этого установка использовала мощный источник античастиц:

По расчетам, в случае правоты принципа слабой эквивалентности ОТО 20 процентов всех пойманных в ловушку атомов антиводорода должно было покидать ее через верх, а 80 процентов — через низ. Именно так и произошло в не раз повторенных экспериментах.

Таким образом, международной группе исследователей удалось зафиксировать, что движение антивещества в цилиндре происходит точно как у обычных атомов — вниз, а не вверх. Это сразу закрывает гипотезы «антигравитации».

В то же время, отметили авторы новой работы в журнале Nature, остается неясным, насколько сильно антивещество притягивается гравитацией Земли. С точки зрения ОТО это должно происходить точно так же, как для обычного вещества. Но пока точности наблюдений ALPHA-g не хватает, чтобы подтвердить это экспериментально. Ученые надеются добиться такого результата в будущем.

От того, насколько верна ОТО, фактически зависит не только наше понимание поведения антивещества, но и вся картина Вселенной. Сейчас уже ясно, что прежняя идея о некоей сингулярности в момент Большого взрыва нерабочая. Однако, варианты решения этой проблемы сильно различаются между собой. Часть физиков пытаются решить ее с позиций квантовой механики, а часть, напротив, с позиций теории относительности Эйнштейна.

Статья спизжена отсюда

Физики подтвердили наличие аномалии в электромагнитном отклике протона

Если я верно улавливаю суть то это довольно крутое открытие которое подтверждает возможность квантовых энергетических уровней в протоне (раньше про квантовые уровни энергии/орбитали говорили для электронов, теперь официально и для протонов), перспективы этого открытия лично мне представить пока сложновато (протонный лазер?,  холодный термоядерный синтез?, просто узнаем что у протона внутри?) но очень интересно.

Большая группа физиков уточнила зависимость электрической и магнитной поляризуемости протона от квадрата переданного 4-импульса. Для этого они исследовали виртуальное комптоновского рассеяние, обстреливая электронами мишень из жидкого водорода. Результаты эксперимента позволили подтвердить существование аномалии в окрестности 0,33 квадратных гигаэлектронвольта, что противоречит существующим теориям ядерных взаимодействий. Исследование опубликовано в Nature.

Протон имеет положительный заряд, равный элементарному, однако, в отличие от электрона, этот заряд складывается из зарядов частиц, входящих в его состав (партонов). Среди них могут быть и отрицательно заряженные партоны: валентный d-кварк, а также бесчисленные отрицательные морские кварки, рождающиеся в парах частица-античастица. Это означает, что внешнее электрическое поле должно смещать части протона относительно друг друга, что физики характеризуют с помощью электрической поляризуемости (также еще бывает и магнитная поляризуемость).

Величина этого параметра напрямую зависит от жесткости протона, а потому несет важную информацию о взаимодействиях внутри него. В экспериментах по рассеянию электронов на протонах поляризуемости дают различный вклад в его исход в зависимости от квадрата переданного от частицы системе 4-импульса. Измеряя эту зависимость, Роше с коллегами еще в 2000 году обнаружили аномальный пик при 0,33 квадратных гигаэлектронвольта, который противоречит теоретическим соображениям, предсказывающим монотонный спад к этой области, хотя точность эксперимента было не очень большой. Проблема усугубляется тем, что такие переданные импульсы — это область, в которой плохо работают приближенные методы квантовой хромодинамики — теории кварк-глюонных взаимодействий. По этой причине крайне важно иметь высокоточные данные об аномалии, чтобы улучшить протонные модели.

Ценную работу в этом направлении проделала большая группа физиков из Армении, Индии, Канады и США под руководством Николаоса Спарвериса (Nikolaos Sparveris) из Университета Темпл. Они провели измерение сечение виртуального комптоновского рассеяния, обстреливая протоны электронами в зале C лаборатории Джефферсона. За счет нескольких технических улучшений, ученые смогли добиться большей точности, нежели была у их предшественников. В результате группа подтвердила существование аномалии.

Поляризуемость атомов и молекул физики умеют измерять сравнительно легко. Тот же параметр для протонов измерять гораздо сложнее в силу иных физических масштабов. Некоторые выводы об электрической и магнитной поляризуемости можно сделать, облучая протоны электромагнитным излучением. В этом случае наблюдается реальное рассеяние Комптона, которое сопровождается изменение частоты фотона. Скалярные компоненты нужных величин (то есть поляризуемости при нулевом квадрате переданного 4-импульса) появляются во вкладах второго порядка в соответствующий гамильтониан взаимодействия.

Для исследования же зависимости поляризуемостей от различных переданных 4-импульсов, физикам нужны процессы с нарушением связи энергия-импульс, то есть вне массовой поверхности. Такое происходит при взаимодействии с виртуальными частицами. Поэтому полностью поляризуемости проявляют себя при измерении виртуального комптоновского рассеяния, в котором падающий фотон рождается в акте взаимодействия электрона с протоном как частица-переносчик.

Для исследования такого рассеяния физики направляли пучок электронов с энергией 4,56 гигаэлектронвольт на мишень из жидкого водорода толщиной 10 сантиметров. Спектрометры в экспериментальной камере фиксировали энергии и импульсы рассеявшихся электронов и протонов отдачи. По совпадениям от них можно было восстановить всю кинематику рассеяния. Особенностью проделанного эксперимента стало то, что его авторы проводили измерения вблизи нуклонного резонанса, где поляризуемости проявляются сильнее. Кроме того, физики концентрировались на азимутально-симметричных рассеяниях фотона, сравнения которых позволили исключить ряд систематических факторов.

Физики обработали данные для трех переданных 4-импульсов: 0,28, 0,33 и 0,40 квадратных гигаэлектронвольта. Они подгоняли измеренные сечения под модель на основе дисперсионных соотношений, куда электрическая и магнитная поляризуемости входят в качестве свободных параметров, в то время как протонные электромагнитные форм-факторы считались известными и брались учеными из литературы. Строя зависимость поляризуемостей от переданных 4-импульсов, авторы подтвердили, что для ее электрической части на 0,33 квадратных гигаэлектронвольта присутствует пик, который, однако, примерно в два раза меньше, чем тот, что наблюдался ранее.

Исходя из модели, авторы оценили средний квадрат радиуса электрически поляризованного протона, который оказался равен 1,36 ± 0,29 квадратных фемтометра. Это почти в два раза больше, чем средний квадрат радиуса неполяризованного протона, равный примерно 0,7 квадратных фемтометра. Физики связывают такое изменение главным образом с деформацией мезонного облака в протоне. Средний квадрат радиуса магнитно поляризованного протона оказался равен 0,63 ± 0,31 квадратных фемтометра, что свидетельствует о компенсации диа- и парамагнитных вкладов в протоне.

полностью на n+1

Сверхпроводимость при комнатной температуре и атмосферном давлении

Команда ученых из Сеула заявляет, что впервые в истории получила сверхпроводник при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении.

Сверхпроводник называется LK-99, его формулу, способ получения и тесты ученые описали в двух статьях, препринты которых появились на Arxiv.org

https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2307/2307.12008.pdf

https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2307/2307.12037.pdf

Критическая температура, т. е. такая температура, при которой сверхпроводник теряет свои свойства составляет 127 градусов Цельсия. Максимальный ток 0,25 ампера.

Они также выложили видео левитации образца сверхпроводника над магнитом.

Найдется ли среди многоуважаемых пидоров физик, который сможет пояснить? В комментах, которые я успел прочитать, народ выражает осторожный оптимизм.

Сверхпроводниковая драма #2

Эмоциональные американские горки вокруг LK99 ни на минуту не останавливаются. Цикл классический:

За эти несколько дней:

Южнокорейский блогер китайского происхождения успел сходить по адресу стартапа. Спускался по лестнице в подвал, стоял перед дверью. Не на камеру якобы его таки провели в помещение, дали постоять в дверях и осмотреться. Сказали, что вещество у них есть, но не показали. Непонятно, почему он пошел сразу в подвал, учитывая, что стартап снимает все здание целиком. Свое видео он выложил на китайской платформе, оттуда оно уже попало в англоязычный интернет.

Русскоязычный аниме-фембой забайтил кучу народу в твиттере, ведя тред о домашнем синтезе LK-99. Финальным аккордом стали две фотки с мизерным кусочком чего-то якобы леветирующим над магнитом. 

Видео он предоставлять отказался, за что в реплаях был закономерно обложен хуями.

Было еще несколько неудачных и пара частично удачных попыток воспроизвести опыт корейцев, как в "официальных" лабах, так и любителями. Список со ссылками можно найти тут

Еще несколько экспериментов продолжаются, наверняка будут и другие.

Cегодня утром появилось сильное теоретическое обоснование правоты корейцев. Авторитетный ученый из Национальной Лаборатории Лоуренса Беркли провел моделирование на суперкомпьютере, которое подтвердило, что... что-то на научном про уровень Ферми, куперовские пары, сингулярности Ван Хоува и прочие страшные слова. 

Если по-простому, то да, когда атомы меди замещают атомы свинца в кристаллической решетке свинца-апатита, может возникать сверхпроводимость. Проблема в том, что эти пути проводимости возникают только тогда, когда атомы меди проникают в маловероятные места (есть и более вероятные) в кристаллической решетке. Но вроде бы это все решаемо.

Позже выяснилось, что еще 29 числа на архиве появилась работа от китайцев с аналогичными выводами.

И наконец финал. Днем появилось видео из лаборатории Хуачжунского университета науки и технологий, в котором показывают, как полученный ими крошечный кусочек LK-99 реагирует на магнит, вставая в вертикальное положение, повторяя опыт корейцев. 

И интернет начал сходить с ума. Локально.

Китайцы сказали, что не решились разрушить этот кусочек, подвергая его проверке на непосредственно сверхпроводимость. Будут делать еще.

Если кому интересно, всю инфу черпаю вот в этом сабреддите и в твиттере по тегу #LK99

А вот тут годный тред про применение высокотемпературных сверхпроводников

Российские школьники завоевали восемь золотых медалей на Азиатской олимпиаде по физике.  Команда достигла максимального результата из возможного

Немного о моей работе

Сегодня я немного поделюсь своей работой. Я работаю в инженерном бюро, где мы занимаемся разработкой систем отопления, вентиляции, питьевой воды и стока воды в различных строениях: как в частных домах, так и в отелях, школах и так далее.

Моя задача заключается в том, что бы разработанную инженером систему проверить на работоспособность, сделать расчёты и в итоге "положить на бумагу". Расчеты делятся на две группы: количество затраченных материалов и физические расчёты самих систем.

Сегодня я занимаюсь планировкой вентиляции в здании школы.

(Скрин школы с разводкой вентиляции на крыше)

(Скрин без крыши и этажных перегородок)

Но есть определенные моменты, которые необходимо учитывать. Речь идёт о скорости потока воздуха в отдельных сегментах сети.

Есть ограничения по этим скоростям - 5 м/сек в трассах и 2,5 м/сек на выходе из сети. Объяснение этому очень логичное. Турбулентные шумы в системе при превышении этих показателей.

В данном случае работает простая физика. При одинаковом объёме воздуха, пропущенном сквозь разное сечение каналов, скорость в них будет различна. Это и стоит учитывать при создании системы: отношение потока воздуха к сечению канала, что бы в итоге оставался при нужных скоростях.

Следующий аспект, на который стоит обращать внимание - это сопротивление, создаваемое самими каналами, а также устанавливаемыми деталями в систему (глушители, регуляторы объёма, заслонки и так далее).

(Голая система вентиляции всего объекта)

Сейчас будет очень немецкий момент:

Если предположить, что установка была выбрана слишком слабой, то это не значит, что она не сможет подать нужное количество воздуха в здание. Это будет значить, что её надо будет вывести в режим работы выше оптимального. Предположим, что вентилятор установки при таком истечении обстоятельств будет работать в 125%, то есть будет потреблять на четверть больше энергии, чем мог бы. Это будет значить, что за 15 лет, потери будут невероятно высоки, чего ни одна школа не может себе позволить быть настолько "грязной" в понятии энергетики.

Вспоминая, как мой отец рассказывал мне, что, работая за полярными кругом, зимой они постоянно держали окна приоткрытыми, так как было слишком жарко, и осознавая количество энергии выброшенной в окно за год, мне становится немножко смешно, от того как мне на работе приходится трястись над выгодой в очередной киловатт. Но нормы есть нормы.

После всей проделанной работой, я создаю из моделей чертежи, расписываю в них важные моменты и в последствии они уходят на стройку и в архивы.

(Скрины чертежей вентиляции этого проекта)