Под руководством Марка Коха из Института экспериментальной физики Технологического университета Граца (TU Graz) исследовательская группа впервые в режиме реального времени проследила процесс объединения отдельных атомов магния в кластер и выявила сопутствующие ему явления.

Для этого учёные предварительно изолировали атомы магния с помощью сверхтекучего гелия, а затем инициировали процесс формирования кластеров при помощи лазерного импульса. Наблюдения за образованием кластеров и связанной передачей энергии между отдельными атомами велись с фемтосекундным временным разрешением.

«Сверххолодильник» возвращает атомы в исходное состояние.

«Обычно атомы магния мгновенно формируют прочные связи, что лишает возможности зафиксировать определённую начальную конфигурацию для наблюдения процессов образования связей», — поясняет Кох.

Преодолеть эту сложность, характерную для исследований химических процессов в реальном времени, удалось благодаря проведению экспериментов в каплях сверхтекучего гелия. Эти капли выступают в роли сверхохлаждённых нанохолодильников, которые изолируют отдельные атомы магния друг от друга при экстремально низкой температуре — 0,4 Кельвина (−272,75 °C), что лишь на 0,4 градуса Цельсия выше абсолютного нуля, обеспечивая расстояние между атомами около миллионной доли миллиметра.

«Такое экспериментальное устройство позволило нам инициировать формирование кластеров с помощью лазерного импульса и точно отслеживать динамику процесса в режиме реального времени», — отмечает Михаэль Штадльхофер, проводивший эксперименты в рамках своей докторской диссертации.

Для фиксации процессов, запускаемых лазерным импульсом, исследователи применили фотоэлектронную и фотоионную спектроскопию. По мере объединения атомов магния в кластер второй лазерный импульс ионизировал сформированные образования.

Кох и его команда смогли детально реконструировать механизмы протекающих явлений на основе анализа образовавшихся ионов и высвобождаемых электронов.

Атомы накапливают свою энергию.

Ключевым открытием стало явление объединения энергии. При связывании нескольких атомов магния происходит передача возбуждающей энергии, полученной от первого лазерного импульса, одному из атомов в кластере, который достигает существенно более высокого энергетического состояния. Это первый случай демонстрации такого процесса с фемтосекундным временным разрешением.

«Мы надеемся, что предложенный метод изоляции атомов в гелиевых каплях будет применим и к более широкому классу элементов, что сделает его универсальным инструментом в фундаментальных исследованиях», — говорит Кох.

Помимо фундаментального значения, полученные результаты могут найти практическое применение в процессах передачи энергии, например, в фотомедицине и технологиях солнечной энергетики.

Если вкратце, то через 10 в 67-ой степени лет (не проверяйте, это умопомрачительно большое число) в пространстве начнут испаряться чёрные дыры вследствие излучения Хокинга. "Незадолго" до этого исчезнут все звёзды, превратившись в белые, красные и чёрные карлики, а самые большие из звёзд коллапсируют в чёрные дыры — которые, как вы прочитали выше, будут испаряться. Галактик и созвездий не останется — мир будет чёрен и пуст.

Но это только начало полного коллапса. Ведь последние оставшиеся во Вселенной объекты, сверхмассивные чёрные дыры, будут сопротивляться исчезновению; чтобы уничтожить их, безжалостным физическим законам понадобится 10 в 100-ой степени лет — очень и очень долго, но время никуда не торопится, оно неумолимо отсчитывает секунды.

Когда растворятся в небытии последние чёрные дыры, останутся лишь частицы. Они будут самыми крупными объектами в ставшей поистине бесконечной Вселенной — ведь именно её расширение и привело к таким печальным последствиям. Но даже частицам (частицам!) настанет конец. Через 10 в 200-ой степени лет дезинтегрируют последние протоны. Тогда Вселенная окончательно войдёт в стадию тепловой смерти...

Останется лишь всеобъемлющая пустота и абсолютный ноль на градуснике — везде, в любой точке пространства; само время замедлит свой бег. Лишь на квантовом уровне последние оставшиеся кванты будут вяло двигаться, но, по предположениям учёных, даже их безжалостная термодинамика сотрёт с лица бытия. Не останется ровным счётом НИ-ЧЕ-ГО. Это будет такая бездна и такая всепоглощающая пустота, что человеческое сознание просто не в состоянии себе этого представить.

Так один из физических принципов под названием "второе начало термодинамики", благодаря которому существует сама реальность, в конечном итоге её уничтожит.

Всех с наступившими выходными, всем продуктивной рабочей недели! Пока вы пьёте латте в офисе, где-то в космосе сгорают квазары…

________________

Больше подобных текстов вы можете прочесть в моём паблике ВК: https://vk.com/ai_taasou

Физики всегда занимаются изучением чисел, но одно число удивляет их уже больше ста лет. Это число 0.0072973525693, которое примерно равно 1/137. Это «постоянная тонкой структуры», она встречается во многих уравнениях квантовой физики.

Постоянная тонкой структуры, обозначаемая греческой буквой альфа (α), является одной из многих важных констант природы, на которых основаны законы физики. Эти константы могут иметь разные значения в зависимости от используемой системы мер, но α – это безразмерное число.

Что такое «безразмерное число»

Безразмерное число — это такое число, которое не зависит от единиц измерения. Представь себе длину: она может измеряться в метрах, сантиметрах, футах и так далее. Но когда мы говорим о безразмерном числе, оно всегда одно и то же, независимо от того, какие единицы используются.

Например, число π (пи). Оно равно примерно 3.14 и остаётся таким же, даже если длина окружности измеряется в километрах. Это потому, что пи — безразмерное число.

В случае постоянной тонкой структуры (α), это тоже безразмерная величина. Она описывает силу электромагнитного взаимодействия между частицами.

Загадка, написанная рукой Бога

Многих основоположников квантовой механики завораживало это число. Физик Поль Дирак назвал его "самой фундаментальной нерешенной проблемой в физике". Даже лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман всю жизнь размышлял над загадками этого числа.

Постоянная тонкой структуры определяет силу электромагнитного взаимодействия. Чем больше вероятность взаимодействия электрона с электромагнитным полем, тем сильнее электромагнитное возмущение от каждого электрона. Но почему α имеет именно такое значение?

Значение α определяет еще и размер атомов. Большее значение означает, что электроны будут ближе к ядрам, а меньшее – что электроны менее плотно связаны. Точное значение этого параметра очень важно для существования жизни.

Физики не знают, почему наша Вселенная имеет именно такое значение константы тонкой структуры и других фундаментальных констант. Многие ученые считают, что эти константы были установлены случайно в начале существования Вселенной. Но удивительно, что они приняли именно те значения, которые сделали возможным возникновение жизни.

Ричард Фейнман, хотя и исповедующий атеизм, поэтично заметил, что «можно сказать, что "рука Бога" написала это число, и мы не знаем, как "он писал это своим карандашом"».

Поскольку об этой константе еще очень много неизвестно, физики лишь приступили к анализу константы тонкой структуры. Однако, учитывая уникальность и сложность этой константы, логично заключить, что наше физическое существование стало результатом не случайных или эволюционных причин, а необычного замысла. По мере развития науки и раскрытия тайн нашей Вселенной ученые продолжают открывать, насколько невероятно сложна и в то же время приспособлена наша Вселенная.

Как гласит Псалом 146:5, «Велик Господь наш, и велика крепость Его, и разум Его неизмерим».

Что такое симметрия физических теорий? Уравнение Дирака для электрона. Понятие симметрии. Локальная симметрия в квантовой теории поля. Динамическая симметрия в теориях сильного и электрослабого взаимодействия.
Рассказывает Виталий Бейлин, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической и вычислительной физики ЮФУ, научный сотрудник отдела теоретической физики НИИ Физики ЮФУ.

ВКонтакте: https://vk.com/video-190320587_456240073