До раздаването на Нобеловите награди за 2015 остава по-малко от седмица. На 6 октомври Шведската кралска академия на науките ще обяви наградата в категорията физика.
Ден по-рано, 5 октомври, институцията ще обяви победителите в областтите физиология и медицина, на 7 октомври - за химия. На 9 и 12 октомври ще бъде дадена Нобеловата награда за мир и икономика.
Залозите кой ще вземе наградите тази година вече са започнали. Такива прогнози се публикуват ежегодно от издателската компания Thomson Reuters, която от 2002 има 37 успешно познати нобелови лауреати.
Тази година Thomson Reuters посочва 18 най-вероятни кандидати в четири дисциплини - химия, физика, икономика и медицина. В поредица от статия ще се опитаме да ви разкажем за най-сериозните претенденти и техните постижения.
Ще започнем с физиката.
Нобелова награда за физика 2015
Thomson Reuters предлага в тази категория три възможни кандидатури.
- Дебора Джин (Deborah S. Jin) , Университет на Колорадо Боулдър (University of Colorado Boulder) може да стане третата жена в историята, която печели Нобелова награда за физика, след Мария Кюри и Мария Гьоперт-Майер. Дебора Джин успя да създаде при ултраниски температури първия фермионен кондензат, шесто състояние на веществото след твърдо, течно, газообразно, плазма и Бозе-Айнщайн кондензат. Това постижение ще може в бъдеще да бъде приложено в квантовите компютри или свръхпроводниците. Повече подробности за работата на този най-вероятен кандидат и според редакцията на Наука ОFFNews за Нобелова награда по физика, може да прочетете по-долу.
- Пол Коркум (Paul B. Corkum), Университет в Отава, Канада и Ференц Кауш (Ferenc Krausz), директор на Института Макс Планк за квантова оптика. Двамата изследователи са пионери в областта на атосекундната физика, дисциплина, която използва лазери, за регистриране на молекулни взаимодействия, настъпващи за една квинтилиона част от секундата (квинтилион е 1018 ) и позволява да изследва движението на електроните в атома.
- Чжун Лин Ван (Zhong Lin Wang), Технологичен институт на Джорджия. Той работи в областта на нанотехнологиите, изобретил е пиезотронни и пиезофототронни наногенератори, които превръщат механичната енергия в електрическа. На практика изобретението може да се използва за създаване на тъкан за дреха, която при механичното движение на човека, който я носи произвежда електричество.
Дебора Джин за първия фермионен кондензат
Според Thomson Reuters най-големи шансове за Нобелова награда за физика за 2015 г. има американският физик Дебора Джин, която заедно с колегите си от JILA - обединена лаборатория на Университета на Колорадо Боулдър и Националния институт за стандарти и технологии са успели да получат първия фермионен кондензат (fermionic condensate). Какво огначава това?
Квантовите обекти като елементарните частици са или фермиони с полуцял спин (½, 1½, 2½), например електроните, които имат спин 1/2, или бозони с цяло число спин като фотоните, които имат спин 1. Поведението на фермиони и бозони е коренно различно и се определя от принципа на Паули.
Бозоните могат да се намират в едно и също енергийно състояние. При охлаждане до температури близки до абсолютната нула, бозоните образуват особено състояние на веществото, Бозе-Айнщайнов кондензат, при което всички частици имат една и съща енергия и всички се държат като един квантов обект, като еди суператом. Фермионите, напротив, не могат да имат енергийно състояние, което вече е заето от друг фермион и не образуват кондензат. Например, идентични фермиони не могат да имат една и съща позиция или един и същ импулс. Тъй като фотоните са бозони, те могат - затова може да имаме лазери, излъчващи кохерентна (т.е. съгласувана, всеки фотон в снопа се колебае синхронно) светлина.
През 1995 г. колектив от учени също от JILA създавата Бозе-Айнщайнов кондензат - Ерик Корнел (Eric Cornell) и Carl Weyman (Carl Wieman) и през 2001 г., заедно с немския учен Волфганг Кетерле (Wolfgang Ketterle) получават Нобелова награда за физика.
Но получаването на фермионен кондензат поради по-горе изнесените причини за физиците е нещо като оксиморон (дървено желязо напр.), но Дебора Джин успява.
| Когато температурата спадне близо до абсолютната нула, газът от бозони се свива. В енергийния кладенец всички бозони могат да заемат едно и също ниско ниво на енергия, образувайки Бозе-Айнщайнов кондензат. Фермионите не могат да достигнат това състояние, тъй като две частици с еднакви квантови числа не могат да заемат едно и също ниво на енергията. |
 |
||
| Вероятно сте срещали и подобни на схемата вдясно илюстрации на принципа на Паули и сте си задавали въпроса:. Защо електроните са по двойки? Защото електроните могат да имат две спинови състояния и затова на едно енергийно ниво може да има по два електрона - един с паралелен и един с антипаралелен спин. |  |
||
В последните няколко години се появи мнение, че явленията свръхпроводимост (с което са свързани фермионите) и Бозе-Айнщайновия кондензат са свързани. Теоретиците от JILA Мюрей Холанд (Murray Holland) и неговия екип през 2001 г. изказват хипотезата, че свръхпроводимостта и Бозе-Айнщайновия кондензат са два крайни случаи на суперфлуидно поведение, необичайно състояние на материята, при което течност може да се движи безкрайно без никакво съпротивление. Например хелий в суперфлуидно състояние ако се излее в центъра на отворен контейнер, спонтанно ще тече нагоре по стените на контейнера. Холанд предполага, че магнитните полета могат да бъдат използвани за "настройка" на атомен газ и за създаване на един вид "резонансен кондензат".
И ето, през 2003 г. Дебора Джин и екипът й от JILA съобщават, че са успели да наблюдават образуването за първи път на фермионен кондензат.
Образуване на кондензат от двойка фермионни атоми калий-40. Изображенията са за три стойности на магнитното поле. Височината показва плътността на атома. Отдясно наляво се увеличава силата на привличане между атомите, които образуват фермионните двойки при промяна на магнитното поле. Източник: www.nist.gov
Учените охлаждат 500 хиляди калиеви атоми до температура от 300 нанокелвина в променливо резонансно магнитно поле. Магнитното поле кара фермионните атоми се комбинират по двойки, а тези двойки, в резултат на това се превръщат в бозони, защото техният сумарен спин става цяло число и кондензацията става възможна. Полученият кондензат демонстрира свойството свръхфлуидност.
Популярно обяснение
Просто казано, в този случай фермионите държат като танцьори в клуб. При музика с по-бързо темпо, танцьорите се разделят по двойки и се движат заедно, с координирани движения. Ако изведнъж музиката стане по-бавна, танцьорите във всяка вече предварително определена двойка се приближават един към друг и държат се здраво за ръце и през кръста, образувайки "молекулярни връзки". Ако направите една моментална снимка, картината ще покаже свързани един с друг танцуващи (молекули), но мълчаливо съгласие на тези двойки са били определени предварително, когато двойките все още не са се образували формално.
Експерти твърдят, че получаването на фермионен кондензат ще има важно значение в изследването на свръхпроводимостта и квантовите компютри.
Дебора Джин взема наградата на ЮНЕСКО 2013 за постижения на жени-учени като представител на Северна Америка.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
01.10 2015 в 11:59
Ако изведнъж музиката стане по-бавна, танцьорите във всяка вече предварително определена двойка се приближават един към друг и държат се здраво за ръце и през кръста, образувайки "молекулярни връзки".
..."
Баба, когато видяла за пръв път танц "блус", така и казала:
--Тия що не си легнат, ами се мъчат прави!
Та, в тоя дух - когато няма какво да им пречи (няма фотони, които да правят фонони) - могат да заемат и по-ниски енергетични позиции за действия в ... това състояние.
...
Последни коментари