Остатки удара, создавшего Луну, могут находиться глубоко под землей
Ученые давно согласились с тем, что Луна образовалась, когда протопланета под названием Тейя столкнулась с Землей в младенчестве около 4,5 миллиардов лет назад. Теперь у группы ученых есть провокационное новое предложение: останки Тейи можно найти в двух слоях породы размером с континент, погребенных глубоко в мантии Земли.
На протяжении десятилетий сейсмологи ломали голову над этими двумя каплями, которые находятся ниже Западной Африки и Тихого океана и охватывают ядро, как пара наушников. До 1000 километров в высоту и в несколько раз больше в ширину, «они являются самым большим объектом в мантии Земли», - говорит Цянь Юань, доктор философии. студент геодинамики в Государственном университете Аризоны (ASU), Темпе. Сейсмические волны от землетрясений резко замедляются, когда они проходят через слои, что говорит о том, что они более плотные и химически отличаются от окружающей породы мантии.
Большие провинции с низкой скоростью сдвига (LLSVP), как их называют сейсмологи, могли просто кристаллизоваться из глубин первичного магматического океана Земли. Или это могут быть плотные лужи примитивной мантийной породы, пережившей травму от удара, образовавшего Луну. Но, основываясь на новых изотопных данных и моделировании, Юань считает, что LLSVP - это внутренности самого инопланетного ударника. «Эта безумная идея, по крайней мере, возможна», - говорит Юань, который представил гипотезу на прошлой неделе на конференции по лунным и планетарным наукам.
Эта идея годами гремела в коридорах лабораторий и конференц-залах. Но Эдвард Гарнеро, сейсмолог из ASU Tempe, который не участвовал в работе, говорит, что это первый случай, когда кто-то собрал несколько линий доказательств и создал серьезное дело. «Я думаю, что это вполне жизнеспособно, пока кто-нибудь не скажет мне, что это не так».
Свидетельства из Исландии и Самоа предполагают, что LLSVP существовали со времен лунного удара , говорит Суджой Мукхопадхьяй, геохимик из Калифорнийского университета (Калифорнийский университет) в Дэвисе, который считает идею Юаня правдоподобной, но допускает другие объяснения. Сейсмические изображения проследили шлейфы магмы, питающие вулканы на обоих островах, вплоть до LLSVP. За последнее десятилетие Мухопадхьяй и другие обнаружили, что лавы на островах содержат изотопные записи радиоактивных элементов, которые образовались только в течение первых 100 миллионов лет
истории Земли.
Более того, новая фотография лунного ударного элемента предполагает, что он мог доставить груз плотной породы глубоко внутрь Земли. Теория столкновения была разработана в 1970-х годах, чтобы объяснить, почему Луна сухая и не имеет большого количества железного ядра: при катаклизме летучие вещества, такие как вода, испарились бы и улетели, в то время как кольцо менее плотных пород выбрасывалось в воздух. столкновение в конечном итоге привело бы к Луне. Теория предполагала наличие ударного элемента размером с Марс или - в недавних вариантах - гораздо меньшего размера. Но недавняя работа соавтора Юаня, астрофизика из ASU Tempe Стивена Деша, предполагает, что Тейя была почти такой же большой, как Земля.
При исследовании горных пород Аполлона и Луны Деш и его коллеги измерили отношение водорода к дейтерию, более тяжелому изотопу водорода. Они обнаружили, что легкого водорода в некоторых образцах Луны было гораздо больше, чем в земных породах. В исследовании Geochemistry, проведенном в 2019 году , они предложили, чтобы захватить и удержать такое количество легкого водорода, Тейя должна была быть массивной . Он также должен был быть довольно сухим, поскольку любая вода, которая естественно обогащена тяжелым водородом во время ее образования в межзвездном пространстве, подняла бы общий уровень дейтерия. Такая сухая большая протопланета могла бы разделиться на слои с обедненным железом ядром и богатой железом мантией, говорит Деш, примерно на 2–3,5% плотнее, чем современная Земля.
Еще до того, как Юань узнал об оценках плотности Деша, он моделировал судьбу Тейи. Его модель предполагает, что после столкновения ядро Тейи быстро слилось бы с ядром Земли. Он также исследовал судьбу мантии Тейи, варьируя размер и плотность Тейи, чтобы увидеть, какие условия позволили бы материалу сохраниться, а не смешаться, и опуститься к основанию мантии. Моделирование неизменно показало, что мантийные породы на 1,5–3,5% плотнее земных, выживут и превратятся в груды около ядра. Результат полностью совпал с данными Деша по содержанию дейтерия. «Это золотая середина для плотности», - говорит Деш.
Массивная Тейя также объяснила бы масштаб LLSVP, которые вместе содержат в шесть раз больше массы, чем Луна. Юань говорит, что если они инопланетяне, их мог бы доставить только такой большой ударник, как Тейя.
Однако есть много предостережений, включая нечеткие доказательства самих LLSVP. Их свайная структура может быть просто иллюзией, созданной моделями внутренней части, основанными на низкочастотных сейсмических волнах, которые стирают небольшие различия, - предположили Барбара Романович, сейсмолог из Калифорнийского университета в Беркли, и Энн Давай, геофизик из Университета Париж-Сакле. исследование в тектоники в прошлом году . Вместо того, чтобы достигать высоты 1000 километров, сваи могут подняться всего на несколько сотен километров, прежде чем превратиться в разветвленные шлейфы. «В них могут быть дыры», - говорит Романович. «Это может быть пучок трубок».
По словам Харриет Лау, геофизика из Калифорнийского университета в Беркли, более мелкие или менее монолитные LLSVP также будут соответствовать предстоящему анализу, который обнаружит, что LLSVP являются самыми плотными на дне. Анализ основан на двух способах построения изображений глубин Земли: с использованием станций GPS для измерения того, как приливное притяжение Луны растягивает Землю , и сейсмометров для определения того, как естественные колебания Земли проходят через глубокую мантию. «Возможно, настоящая история плотности - это глубина распределения», - говорит она.
По словам Дженнифер Дженкинс, сейсмолога из Даремского университета, менее массивные LLSVP могут усложнить идею о том, что Тейя была размером почти с прото-Землю. Изображение Юаня, добавляет она, «не противоречит тому, что мы знаем, но я не совсем уверен».
Деш говорит, что команда могла бы проверить свою идею, посмотрев на геохимические сходства между островными лавами и породами мантии Луны. Ни один из образцов Аполлона не фиксирует неизмененную мантию, что является одной из причин, по которой ученым нужны образцы из самого большого ударного кратера Луны на ее южном полюсе, где такие породы могут быть эксгумированы. НАСА и Китай планируют в этом десятилетии полеты роботов к Южному полюсу, и это главный кандидат на возвращение астронавтов НАСА на Луну.
Если остатки Тейи действительно лежат глубоко в мантии Земли, возможно, они не одни. Сейсмологи все чаще видят небольшие сверхплотные карманы материала в глубокой мантии, всего несколько сотен километров в поперечнике, часто вблизи краев LLSVP. Возможно, это затонувшие остатки богатых железом ядер с других миниатюрных планет, поразивших раннюю Землю, говорит Дженкинс. На самом деле Тейя могла быть просто могилой на планетарном кладбище.
Ссылка на Оригинальную статью в журнале "Sciencе"
https://www.sciencemag.org/news/2021/03/remains-impact-creat...
Ученые предсказывают, что темная материя может согреть сердца одиноких старых планет
Пара физиков предсказывает, что темная материя может повышать температуру планет за пределами нашей Солнечной системы. По их словам, космические телескопы, которые уже находятся в разработке, должны быть в состоянии обнаружить эффект, что потенциально позволит ученым проследить, как таинственный материал распространяется в нашей Галактике Млечный Путь.
«В науке мы редко получаем совершенно новую идею», - говорит Сара Сигер, планетолог из Массачусетского технологического института (MIT), которая не принимала участия в работе. «Так что, я думаю, здорово видеть это пересечение темной материи и экзопланет».
На протяжении десятилетий астрофизики думали, что невидимая темная материя должна окружать каждую галактику , так же как стекло окружает цветовой водоворот в центре мрамора. Гравитация темной материи необходима для объяснения того, почему звезды в быстро вращающихся галактиках не летают в космос.
Физики предполагают, что это вещество состоит из некой элементарной частицы, оставшейся после Большого взрыва. Но до сих пор все доказательства существования темной материи исходят из ее гравитационных эффектов, поскольку поиски частиц темной материи, плавающих и взаимодействующих с обычной материей другими способами, оказались безрезультатными .
Некоторые астрофизики вместо этого искали в небе косвенные признаки частиц темной материи. Многие теории утверждают, что когда пара частиц сталкивается, они должны аннигилировать друг друга, чтобы произвести наблюдаемые обычные частицы. Например, исследователи видели признаки загадочного свечения в центре нашей галактики, где темная материя должна быть наиболее плотной. Но они спорят , происходит ли это от темной материи или более прозаических источников, таких как нейтронные звезды.
Теперь Ребекка Лин, физик-теоретик из Массачусетского технологического института, и Юрий Смирнов, физик-астроном из Университета штата Огайо (OSU), предлагают использовать экзопланеты в качестве детекторов темной материи. Под действием силы тяжести частицы темной материи могут оседать в ядрах планет. Там они могут уничтожить друг друга, чтобы произвести достаточно тепла для повышения температуры планет , подсчитала команда в статье, опубликованной в Physical Review Letters .
Другие предположили, что темная материя может собираться и нагревать массивные тела, такие как нейтронные звезды. Фактически, в исследовании 2007 года использовались данные с Земли, чтобы исключить частицы темной материи с массой выше определенной. Но экзопланеты должны стать отличными целями для таких поисков по нескольким причинам, объясняет Лин, ныне работающий в Национальной ускорительной лаборатории SLAC. Во-первых, они могут быть намного массивнее, чем планеты в нашей Солнечной системе, поэтому они должны собирать больше темной материи и улавливать более легкие частицы темной материи. Во-вторых, их гораздо больше, и их легче обнаружить, чем нейтронные звезды. По оценкам исследователей, наша Галактика Млечный Путь изобилует 300 миллиардами экзопланет.
Однако подойдет не любая экзопланета. Чтобы выявить относительно небольшое потепление от темной материи, планета должна была остыть после своего огненного рождения. Значит, ему должно быть несколько миллиардов лет. И он должен вращаться вдали от тепла собственной звезды. «Не стоит искать свечу в лесном пожаре», - говорит Смирнов. Идеальной целью были бы планеты-изгои, ускользнувшие от своих звезд, или несостоявшиеся звезды, известные как коричневые карлики, которые можно обнаружить по тому, как их гравитация искажает изображения более далеких звезд.
По оценкам исследователей, аннигиляция темной материи может поднять температуру планеты в 14 раз массивнее Юпитера с 250 К до 500 К и более. Больше темной материи должно собираться на планетах ближе к центру галактики, где плотность темной материи самая высокая. Итак, говорит Лин, астрономы могут искать, чтобы температура самых холодных планет повышалась по мере приближения к центру. «Если мы увидим эту подпись, это будет дымящийся пистолет для темной материи».
Есть некоторые предостережения. Даже если ученые заметят потепление, сигнал не будет обеспечивать измерения массы и других свойств частиц темной материи. Схема также предполагает, что частицам темной материи не требуется много миллиардов лет, чтобы осесть на планеты, отмечает Крис Куварис, физик-астроном из Афинского национального технического университета, который проанализировал накопление темной материи в гораздо более массивных нейтронах. звезды. По его словам, это предположение необходимо проверить.
Тем не менее, по словам Лин и Смирнов, данные для такого исследования, скорее всего, будут собирать космические телескопы, которые уже разрабатываются. В частности, космический телескоп НАСА Нэнси Грейс Римский (ранее известный как WFIRST), запуск которого запланирован на 2025 год, и космический телескоп Джеймса Уэбба, запуск которого запланирован на конец этого года, будут искать такие планеты. «Мы определенно будем охотиться за планетами-изгоями с WFIRST», - говорит Сигер.
По словам Джона Бикома, астрофизика-теоретика из ОГУ, исследование экзопланет дополнит земные поиски частиц темной материи. По его словам, подземные детекторы могут обнаруживать частицы темной материи только с массой больше массы протона, но поиск экзопланет будет чувствителен к частицам с массой всего 1/1000 от этой массы. «Это позволяет нам исследовать свойства темной материи так, как мы не можем исследовать их на Земле».
Ссылка на Оригинальную статью в журнале "Sciencе"
Науч-поп: как это делали в Античности
Недавно я делал пост о новинках научно-популярной литературы. Теперь же наоборот, предлагаю обратиться к истокам. Если вы думаете, что научно-популярная литература – изобретение ХХ или XIX веков, то ошибаетесь. Все началось гораздо раньше. Еще в Древнем Риме (может, и раньше, но до нас такие тексты не дошли, я сейчас именно про труды, популяризирующие научные теории, а не собственно научные трактаты). Итак, «поехали» в первую половину I века до н.э.
Римская республика переживает глубокий кризис. Диктатура сменяется диктатурой, война следует за войной. А римляне еще не оправились от восстания Спартака, которое завершилось распятием вдоль дороги из Капуи в Рим шести тысяч его сторонников. Интриги, заговоры, убийства стали повседневным фоном жизни элиты Республики, которая доживала последние годы.
На это время пришлась молодость поэта Тита Лукреция, который, как и многие его современники, искал какие-то новые моральные и идейные ориентиры, взамен утраченной идеологии ранней Римской Республики (довольно строгой, кстати).
Вдохновителем Лукреция стал греческий философ Эпикур, который стремился познать естественные связи в окружающем мире, сомневаясь в божественном вмешательстве и значимой роли судьбы. Темой для своей поэмы «О природе вещей» Лукреций избрал одну из частей эпикурейского учения – физику. При этом он не раз подчеркивает в поэме: он не состязается с философом, а лишь следует его учению, ведь «ни ласточка не может тягаться с лебедем, ни козел с конем».
Но для нас поэма важна не столько реверансами автора в адрес Эпикура, сколько цельным изложением атомической концепции Демокрита. В результате античная идея атомизма дошла до мыслителей эпохи Просвещения в цельном виде, через гекзаметры Лукреция. И не просто в цельном виде, но еще и в доступном изложении. Как писал один филолог: «То, чему Эпикур обучал, Лукреций видит». Это особенно важно, если вспомнить, что из трехсот трудов самого Эпикура (о которых есть упоминания в других источниках), сохранилось лишь три письма и несколько десятков разрозненных отрывков разных текстов.
При этом поэт сумел рассказать о физике так, чтобы было понятно не только ученикам Эпикура, но и грамотным римлянам вообще. Поэтому я и назвал его поэму – самым древним «науч-попом», дошедшим до нас. Автор, кстати, в тексте прямо говорит, что выбрал стихотворную форму, чтобы сделать текст более доступным и приводит образное сравнение: когда врач дает детям горькое, но полезное лекарство, он смазывает край чаши «сладкой влагой янтарного меда».
Поэма получилось некой стихотворной энциклопедией – в первых трех частях изложено учение об атомах, которое Эпикур развивал на основе идей Демокрита, в четвертой – теория познания, в пятой – астрономия, геология и история человеческой культуры, в шестой – объясняются природные явления (грозы, извержения вулканов, шторма и прочее). Таким образом, читатель поэмы получал довольно комплексное представление о «природе вещей» на том уровне, на котором находилась тогда античная наука. Равно как и о том, какие возможности открывают перед человеком наука и разум:
«Судостроение, полей обработка, дороги и стены,
Платье, оружье, права, а также и все остальные
Жизни удобства и всё, что способно доставить усладу:
Живопись, песни, стихи, ваянье искусное статуй
— Всё это людям нужда указала, и разум пытливый
Этому их научил в движении вперед постоянном…».
Слухи о поэме Лукреция быстро разлетелись по Риму. Ее читали все, включая и тех, кто был противниками философии Эпикура, например, Сенека и Цицерон. И не просто читали, но и высоко оценивали. Тот же Цицерон писал брату: «В ней много проблесков природного дарования, но вместе с тем и искусства». После чего знаменитый оратор вложился финансово в размножение тиража поэмы.
Лукреция прославляли многие знаменитые авторы Античного Рима – Тацит, Вергилий, а Овидий в своих «Песнях любви» и вовсе предрекал, что его поэму будут читать вплоть до конца человеческой истории. Счет свитков «О природе вещей» шел на тысячи, так что мы смело можем именовать ее еще и античным бестселлером. И кстати, именно благодаря этому, она и сохранилась до наших дней.
Интересный факт – сам автор не дал своей поэме никакого названия, римляне поначалу тоже просто говорили о «стихах Лукреция». А название «О природе вещей» ввел первым ученый-грамматик Проб спустя век, взяв его из начальных строк, где автор просит о помощи богиню Венеру (это к слову о том, что некоторые исследователи прошлого века поспешили объявить Лукреция воинствующим безбожником):
«Будь же пособницей мне при создании этой поэмы,
Что о природе вещей я теперь написать собираюсь».
Лукреций не был забыт и в Средневековье, копии поэмы хранились в монастырях (ставших центрами книгоиздания), ее цитировал ряд христианских философов той эпохи. Но, понятно, что круг его читателей в этот период истории был крайне узок. А затем настало время, которое позже назвали эпохой Возрождения. В 1417 году итальянский собиратель античных рукописей Поджо Браччолини в одном монастыре наткнулся на копию «О природе вещей», и настолько ей впечатлился, что устроил некую презентацию при дворе Лоренцо Медичи. Лоренцо вообще покровительствовал творческим людям, поэтому в той среде Лукреция приняли на ура. Есть даже версия, что когда известный художник того времени Боттичели (которому Медичи покровительствовал) рисовал свою не менее известную картину «Весна», то вдохновлялся как раз Венерой из поэмы Лукреция.
Как и в античном Риме, Лукреция стали периодически тиражировать, теперь уже не переписчики, а с помощью типографского станка. В частности, типография Альда Мануция, чьи переиздания древних текстов (их называли «альдины») считались тогда самыми лучшими, благодаря тщательной вычитке и подготовке к печати. А в 1563 году выходит первое издание поэмы с обширным комментарием, которое подготовил французский эксперт по античной литературе Ламбин. Среди последующих комментаторов Лукреция отметился и Эйнштейн.
Поскольку Лукреций был на слуху, начиная с XVI века, и на него было принято ссылаться, литературоведам нашего времени не составило труда выделить ученых, на чье мировоззрение оказала влияние и его поэма. В том же XVI веке таким ученым стал французский физик и астроном Пьер Гассенди, а уже его работы, основанные на атомическом учении в изложении Лукреция, упоминали Авогадро, Бойль и Ньютон. Идею Лукреция о чувственном восприятии как основном источнике познания поддерживали Френсис Бэкон, Гоббс и Локк. А Ломоносов привел большой ее отрывок (в собственном переводе на русский язык) в своей книге «Первые основания металлургии, или рудных дел». Так что, можно сделать вывод, что римский поэт-эпикуреец не просто сделал первую попытку популяризировать научные идеи для широкого круга масс – а это само по себе для того времени было очень смелой и неординарной идеей. Он еще и сделал это так качественно, что его книга пользовалась интересом думающего читателя долгие века и оставила заметный след в культурной истории человечества.
Оправдывает ли себя теория струн?
В теории струн крошечные объекты струны заменяют традиционные субатомные частицы. Авторы и права: Michael Taylor.
Спустя 60 лет существования, теория не принесла существенных результатов.
Автор статьи – Пол Саттер, астрофизик из Университета Стоуни-Брук штата Нью-Йорк и Института Флатирон, ведущий программ “Ask a Spaceman” и “Space Radio”, и автор книги “Your Place in the Universe”. Благодаря этой статье Саттер внёс вклад в программу портала SpaceCom – “Expert Voices: Op-Ed & Insights”.
Теория струн имеет долгую и почётную карьеру. Беря начало в 1960-х, как попытка объяснить сильное ядерное взаимодействие, теперь она разрослась и стала кандидатом на теорию Всего, – единственной объединяющей структурой для понимания всего, что происходит во Вселенной. Квантовая гравитация? Теория струн. Масса электрона? Теория струн. Сила гравитации? Теория струн. Тёмная энергия? Теория струн. Скорость света? Теория струн.
Это весьма привлекательная, красивая идея, которая остаётся безрезультатной уже на протяжении шестидесяти лет, без окончательной теории и без предположений, которые можно было бы экспериментально проверить в реальной Вселенной. Стоит ли нам продолжать цепляться за неё?
Охота за единством
Есть причина, по которой теория струн захватывает сердца и умы стольких физиков и математиков на протяжении десятилетий, и связана она с гравитацией. Оказалось, что включить гравитацию в наше понимание квантовой механики – чертовски трудно, даже сам Альберт Эйнштейн не смог. И, несмотря на все наши попытки, мы не смогли создать успешное описание квантовой гравитации. Каждая попытка сопровождается тем, что математики запутываются в узлах бесконечности, делая предположения невозможными.
Но в 1970-х теоретики обнаружили кое-что удивительное. Внутри математики теории струн было спрятано общее предположение чего-то под названием гравитон, который является переносчиком силы гравитации. А поскольку теория струн, по своей конструкции, квантовая теория – это значит, что она автоматически представляется квантовой теорией гравитации.
Это должно быть довольно дразняще. Это единственная теория в фундаментальной физике, которая включает только гравитацию, а оригинальная теория струн даже не пытается!
На этом изображении телескопа “Хаббл” показана массивная группа галактик, связанных гравитацией – скопление галактик, известное как SDSS J1050 + 0017. Авторы и права: NASA / ESA / Hubble / Judy Schmidt.
И сейчас, спустя десятилетия, никто не смог составить полное описание теории струн. Все, что у нас есть, – это различные варианты аппроксимации, которые, мы надеемся, опишут конечную теорию (и намёки на всеобъемлющую структуру, известную как “М-теория”), но ни одна из этих аппроксимаций не способна дать реальных предположений о том, что мы могли бы увидеть в наших экспериментах на коллайдере или во Вселенной.
Но теория струн всё ещё не закончена даже спустя десятилетия, и приманка в виде единой теории для всей физики не дала своих результатов.
Ландшафт
Одной из многих проблем теории струн является то, что она предполагает существование дополнительных измерений в нашей Вселенной, которые закручены в узлы сами по себе в чрезвычайно малых масштабах. Достаточно сказать, что существует множество способов, с помощью которых эти измерения могут пересекаться, – где-то в 10100,000 бейсбольных стадионах друг от друга. И поскольку конкретное расположение дополнительных измерений определяет вибрацию в теории струн, и то, как они вибрируют, определяет их поведение (ведут к разнообразию сил и частиц в мире), и только одна из этих почти бесчисленных систем дополнительных измерений может соответствовать нашей Вселенной.
Но какая именно?
Прямо сейчас невозможно сказать, опираясь на саму теорию струн, – нам не хватает изощрённости и понимания, чтобы выбрать один из вариантов, определить, как вибрируют струны и, следовательно, разновидность Вселенной, соответствующей этому варианту.
Поскольку всё ведёт к тому, что теория струн не может назвать нам, какую Вселенную она предпочитает, в последнее время некоторые теоретики утверждают, что, возможно, теория струн склоняется ко всем Вселенным, апеллируя к чему-то, называемому ландшафтом.
Ландшафт – это мультивселенная, представляющая собой все возможные 10100,000 микроскопические измерения, и отсюда же все 10100,000 вариаций физической реальности. Это, так сказать, Вселенные. И мы находимся в одной из почти бесчисленного множества.
Так как же мы оказались здесь, а не где-то ещё? Отсюда вытекает аргумент, называемый “антропным принципом”, который рассуждает о том, что наша Вселенная такая, какая она есть, потому что если бы она была какой-то другой (скажем, с другой скоростью света или большей массой электрона), то жизнь — по крайней мере, как мы ее понимаем, — была бы невозможна, и мы не были бы здесь, чтобы задавать эти большие и важные вопросы.
Если вы насытились этим, но всё ещё чувствуете голод, как бывает, когда съедаешь пачку чипсов, то вы не одиноки. В конечном счёте, обращение к философским аргументам, как к окончательному результату, который является результатом работы над теорией струн на протяжении десятилетий, оставляет у многих физиков чувство опустошённости.
AdS/CFT-соответствия
Правда в том, что большинство теоретиков более не работают над унификацией всего этого. Вместо этого внимание обращено на то, что захватило интерес сообщества, – это интригующая связь, называемая AdS/CFT-соответствия. Нет, это не новая техника расчёта, – это связь между версией теории струн, живущей в 5-мерной Вселенной с отрицательной космологической постоянной и 4-мерной конформной теорией поля на границе этой Вселенной.
Конечным результатом всей этой массы терминов является то, что некоторые острые проблемы физики могут быть решены с помощью математики, разработанной в течение десятилетий изучения теории струн. Поэтому, хоть это само по себе не решает никаких проблем теории струн, это, по крайней мере, заставляет все эти механизмы работать на пользу, помогая исследовать многие проблемы от загадок чёрных дыр до экзотической физики кварк-глюонной плазмы.
И это определённо что-то, где можно предположить, что соответствия будут доказаны и результаты теории струн принесут свои плоды.
Но если всё, что мы получаем после десятилетий работы над теорией струн – это приближение к тому, что находится там по нашим предположениям, ландшафт Вселенной и инструмент для исследований в области решения других проблем, то не стоит ли нам поработать над чем-то другим?
Больше информации: https://www.space.com/
Источник: universetoday.ru
Могут ли меняться физические константы?
Гигантская звезда на орбите вокруг чёрной дыры малой массы. Авторы и права Sci-NewsCom.
Мир вокруг нас кажется постоянным с точки зрения физических законов. Теории и уравнения абсолютны и универсальны, их центром являются фундаментальные физические константы: скорость света, масса протона, гравитационная постоянная. Но на самом ли деле эти константы постоянны? Что произойдёт с нашими теориями, если они [константы] изменятся?
Хоть физические теории дают нам яркое представление о Вселенной, они не объясняют физические константы. Мы не знаем почему скорость света равна 299 792 458 метров в секунду. Это просто результат экспериментов. Тоже самое верно и для других универсальных констант. Они лежат в центре физических теорий, всё что мы можем сделать – измерить их значение.
СИ после реформы. Часть определяющих констант заменены новыми: элементарный заряд e, постоянные Больцмана k, Авогадро NA и Планка h. Авторы и права: Emilio Pisanty / Wikimedia.
Поскольку эти константы коренятся в физических свойствах, обычно считается, что они неизменны в пространстве и времени. Каждый электрон, к примеру, имеет одинаковый заряд. Он должен иметь тот же заряд вне зависимости от положения: на Земле или в миллиардах световых лет от нас. Заряд, который электроны имеют в настоящий момент, не должны отличаться от того, что было в далёком прошлом.
Хотя это имеет смысл, это не обязательно верно. Многие очевидные нам предположения оказались ложными: от идеи, что Земля центр Вселенной до того, что космос подчиняется евклидовой геометрии. Так было проведено множество экспериментов в попытках подтвердить эти предположения.
Многие из этих экспериментов являлись астрономическими наблюдениями. Так как свету требуется время на преодоление расстояния, то чем глубже мы смотрим в космос, тем дальше в прошлое мы заглядываем. Галактика в миллиардах лет от нас видится такой, какой она была миллиард лет тому назад. Так если физические константы идентичны в далёких галактиках, то это означает, что константы постоянны не только в пространстве, но и во времени. И большинство экспериментов это подтвердили. Но недавнее исследование предполагает, что хотя бы некоторые из них нарушают наше представление в этом вопросе.
Галактика SPT-S J034640-5204.9 возрастом почти 12 миллиардов лет. Авторы и права: Chandra / CSIRO.
Недавно проведённое исследование рассматривает величину, известную как постоянная тонкой структуры (альфа). Эта константа показывает отношение между квадратом заряда электрона и произведением скорости света на постоянную Дирака. Она известна как безразмерная константа (единицы измерения сокращаются), поэтому имеет одно и то же значение независимо от того, какие единицы измерения вы используете. Также она используется для характеристики атомных уровней. Если бы константа имела другое значение, то линии спектра атомов и молекул изменились предсказуемым образом.
Группа исследователей наблюдала излучение от квазара, известного как J1120+0641. Свет покинул квазар, когда Вселенной было всего лишь 800 миллионов лет, и он прошёл через несколько межзвёздных облаков перед тем, как достиг нас. Учёные измеряли линии спектра, проходившего через 4 области с различным расстоянием и материей между наблюдателем и квазаром и не нашли доказательств изменения в альфа (постоянная тонкой структуры), что означало постоянство константы во времени. Но величина альфы была немного отлична от её значений в похожих исследованиях. Это навело на мысль, что константа тонкой структуры может зависеть от вашего положения в космосе.
Древний квазар в представлении художника. Авторы и права: NASA.
Это предположение породило множество статей по поводу изменяемости физических констант, но это заключение необоснованно. Во-первых, отклонение, найденное исследователями, очень мало в рамках погрешности. Также команда рассмотрела свет только от одного квазара, что даёт неоднозначное представление на предмет исследования, которое довольно тяжело проводить, но это значит, что нет оснований полагать, что другие данные не привнесут противоположных заключений на этот счёт. Это исследование лишь одно из многих, и пока другие изыскания полностью подтверждают постоянство физических констант.
И всё же более доказанным является факт о неизменности физических констант.
Источник: universetoday.ru
В ЦЕРН уточнили свойства загадочной частицы X(3872)
Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила о новых данных, полученных при анализе частицы X(3872). Частица была обнаружена в 2003 г. в эксперименте Belle (KEK, Исследовательская организация ускорителей высоких энергий, Япония), но до сих пор специалистам не удалось прийти к единому мнению о кварковой структуре этой частицы. Участникам эксперимента LHCb удалось с лучшей в мире точностью измерить ширину и массу X(3872), а также сделать некоторые предположения о ее природе. Эксперименты на детекторе КЕДР электрон-позитронного коллайдера ВЭПП-4М ИЯФ СО РАН помогли специалистам CERN с высокой точностью измерить один из параметров X(3872). Результаты опубликованы на сайте ЦЕРН.
«Как правило, если какая-то частица открыта, то уже через пару лет у специалистов появляется понимание, что она из себя представляет. Исследование X(3872) уникально в том смысле, что на протяжении уже семнадцати лет с ее открытия у нас все еще нет представления о ее внутренней структуре, – рассказал сотрудник коллаборации LHCb, старший научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики им. А.И. Алиханова НИЦ «Курчатовский институт» (ИТЭФ), кандидат физико-математических наук Иван Беляев. – Нам были известны лишь ее довольно необычные свойства. Во-первых, при большой массе X(3872) ее ширина настолько маленькая, что мы практически не видели ее, а, во-вторых, ее масса совпадает с суммой масс двух других частиц – D0 и D*0 (D-ноль-мезон и возбужденный D-ноль-мезон)».
Частица X(3872) очень интересна специалистам. Статья, в которой сообщалось об открытии этого состояния, высокоцитируемая, на нее дается свыше 1700 ссылок. Это самая цитируемая работа эксперимента Belle. При этом для подобных экспериментальных работ уже 500 ссылок считается рекордом.
«Гипотез о природе частицы X(3872) довольно много, но основных три, – рассказал главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, участник коллаборации LHCb, доктор физико-математических наук Семен Эйдельман. – Например, гипотеза тетракварка предполагает, что частица состоит из c кварка и анти-c кварка, а также пары легких кварка и антикварка (u или d). Другая гипотеза описывает X(3872) как молекулу... Третья гипотеза, которую выдвинул выдающийся российский и американский физик-теоретик Михаил Волошин (Университет Миннесоты), называется адрочармоний – состояние, в центре которого связанные c и анти c кварки, а вокруг них облако легких пи-мезонов, то есть совокупность легкого адрона и чармония». Семен Эйдельман пояснил, что сегодня физическое сообщество склоняется к мнению, что X(3872) – это и обычное связанное состояние c кварка и анти c кварка, и молекула одновременно.
Полный текст новости, понятный только специалистам, можно прочесть по ссылке
Новосибирские физики разработали покрытие для вакуумных камер Большого адронного коллайдера
Ученые Института ядерной физики им. Г.И.Будкера (ИЯФ СО РАН, Новосибирск) разработали новый материал для Большого адронного коллайдера (БАК), сообщил журналистам директор ИЯФ Павел Логачев 10 марта.
Он напомнил, что активная фаза модернизации БАК запланирована на 2024 - 2028 гг., предполагается повысить производительность установки в пять раз.
"Стенка вакуумной камеры покрывается неким покрытием, которое адсорбирует на себя газ, обеспечивая сверхвысокий вакуум при воздействии на эту стенку мощного синхротронного излучения. И такое покрытие было найдено, которое позволяет решить задачу с таким шагом по производительности в пять раз у Большого адронного коллайдера. В этом году у нас первые результаты испытания на ВЭПП-2000 появились. Это аморфное углеродное покрытие", - сказал он.
Он отметил, что спектр излучения протонов на тех энергиях, которые будут достигаться в Большом адронном коллайдере, практически идентичен спектру излучения электронов в электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-2000, работающем в ИЯФ.
Кроме того, сказал он, для модернизации Большого адронного коллайдера разработаны системы вывода энергии, запасенной в сверхпроводящих магнитах, сопоставимой с энергией небольшого самолета, летящего с большой скоростью.
"Эту энергию в случае аварийного выхода из сверхпроводящего состояния надо как-то утилизировать, иначе произойдут взрывы, которые разрушат установку. Есть специальная система, которая следит за аварийным выводом энергии, она разработана и сделана в ИЯФ", - сказал он.
Как сообщалось, ИЯФ заключил соглашение с Европейской организацией по ядерным исследованиям (ЦЕРН) об участии в модернизации Большого адронного коллайдера.
Соглашение заключено в рамках договора между РФ и ЦЕРН, обновленный вариант которого был подписан на заседании комитета "Россия - ЦЕРН". Новый договор предполагает не только участие России в экспериментах ЦЕРН, но и определяет область интересов Европейской организации по ядерным исследованиям в российских проектах.
Большой адронный коллайдер построен на 100-метровой глубине под границей Франции и Швейцарии. Он представляет собой кольцевой туннель, в котором установлен ускоритель заряженных частиц (протонов). При их столкновении на околосветовых скоростях должны рождаться новые элементарные частицы, изучение которых даст ответ на вопрос, что происходило в первые мгновения после Большого взрыва.
ИЯФ СО РАН - крупнейший академический институт России, один из ведущих мировых центров в области физики высоких энергий и ускорителей, физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза.