Физиците откриха странни свръхтвърди частици, конструираха нови видове свръхпроводници и разбраха отново, че космосът е много по-странен, отколкото са подозирали.
Ще бъде ли запомнена 2024 г. като знаменателна година в опознаването на Вселената, или с нищо няма да се отличава? Зависи от това дали резултатът от идната пролет ще се окаже реален.
През април физиците откриха намек за сигнал, който предполага, че тъмната енергия, мистериозната енергия на самото пространство, може да отслабва.
"Намек" е предпочитаният термин, тъй като знакът в небесата не е достатъчно стабилен, за да бъде наречен "доказателство", да не говорим за "откритие". Астрофизиците използваха спектроскопичния инструмент за тъмна енергия (DESI), за да картографират милиони галактики на различни разстояния в пространството и времето и от тази карта направиха извод как Вселената се е разширявала през своята история. Данните потвърдиха - както знаем от 1998 г. - че разширяването на космоса се ускорява, движено от това, което наричаме тъмна енергия. Но данните на DESI подсказват, че скоростта на ускорение намалява.
Илюстрация на ускоряващото се разширяване на Вселената. Кредит: NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab
Ако тъмната енергия е енергиен източник, който може да се разреди, това би обърнало и задълбочило разбирането на физиците за основните закони на Вселената.
Теоретичните физици са заети да се опитват да обяснят защо тъмната енергия може да се променя, докато DESI регистрира повече данни за по-категорична оценка през следващите години.
"Вселената вече е в своята шеста и последна епоха" - най-четената статия на НаукаOFFNews в областта на астрофизиката. Кредит: Astronomy: Roen Kelly, преведено и редактирано от НаукаOFFNews
Тъмната материя е мъртва, да живее тъмната материя
В търсенето на невидимите компоненти на Вселената тъмната материя достигна обезкуражаващ крайъгълен камък. (предполагам, знаете разликата между тъмната енергия и тъмната материя? вижте "Видеолекция: Колко е тъмна тъмната материя") Експериментаторите, търсещи хипотетични частици от тъмна материя, известни като WIMP - "слабо взаимодействащи масивни частици", инертни частици, които дълго време се смятаха за най-добрия кандидат за неотразяващата "тъмна" субстанция, плаваща в и около галактиките - достигнаха своя предел. Детекторите са станали толкова чувствителни, че сега улавят сиянието на неутрино от слънцето, което ги заслепява за всякакви по-фини сигнали. Големият адронен колайдер, най-големият и най-мощен ускорител на частици в света, не можа да намери доказателства за съществуването на WIMP.
"Това е краят на ерата на откриване на WIMP", смятат някои физици. И те сега търсят нови кандидати за тъмна материя, особено леки, но изобилни частици, които биха се проявили в множество видове.
Карта на тъмната материя от 2021 г., използваща набор от данни за слаба гравитационна леща. Кредит: Dark Energy Survey. Кредит: darkenergysurvey.org/des-year-3-cosmology-results-papers
Така че теоретиците трябва да търсят алтернативни теории за това какво може да бъде тъмната материя.
"WIMP са един от класовете частици, за които се предполага, че обясняват тъмната материя, защото не абсорбират или излъчват светлина и не взаимодействат силно с други частици", казва в изявление Дийпак Кар (Deepak Kar), професор по физика в университета Витватерсранд в Йоханесбург. "Въпреки това, тъй като все още не са намерени доказателства за WIMP, осъзнахме, че търсенето на тъмна материя изисква промяна на парадигмата."
Някои алтернативни модели на тъмната материя предполагат, че вместо да взаимодейства слабо, тъмната материя може да взаимодейства силно с някои частици в Стандартния модел, система от физика на частиците, която описва всички известни частици и как всяка частица взаимодейства и се свързва една с друга.
Смята се, че частиците тъмна материя съществуват извън Стандартния модел. Моделите, които предсказват силни взаимодействия на тъмната материя, по-скоро описват менажерия от теоретични частици, започвайки с основните "тъмни кварки" и "тъмни глуони". Те са като тъмни огледални изображения на кварките и глуоните, които са основните градивни елементи на цялата видима материя и несъмнено присъстват в Стандартния модел.
За да не подозирате, че тъмната материя е като епицикълът на Птолемей на 21-ви век - геоцентричен, дълго поддържан, но сложен и в крайна сметка погрешен модел на Вселената - астрономите откриха нова причина да смятат, че тъмната материя наистина съществува.
Анимация, показваща два галактически клъстера, които се сблъскват с тъмна материя (в синьо), отделяща се от обикновената материя. Кредит: WM Keck Observatory/Adam Makarenko
Находката, обект, наречен MACS J0018.5, представлява първият път, когато изследователите са успели директно да проучат "отделянето" на скоростта на тъмната материя и "нормалната" материя.
Някои го наричат новия клъстер Куршум (Bullet Cluster). Едно от най-добрите доказателства, с които разполагат астрономите за съществуването на тъмна материя, е галактическият куп Куршум, два сблъскващи се купа галактики, известни също като 1E 0657-56 и разположени на около 3,7 милиарда светлинни години. В галактическия куп Куршум учените наблюдават как сблъскващият се газ свети ярко в центъра на мястото на катастрофата, но по-голямата част от материята е преминала точно през него, образувайки тежки, изкривяващи светлината петна от двете страни. Така биха се държали частиците от тъмната материя, защото те не (или почти не си взаимодействат).
MACS J0018.5 е подобен, с изключение на това, че галактическите клъстери се сливат по нашата зрителна линия. Изследователите насочват радара си към тях и откриват, че видимият им газ се е забавил, докато се сблъсква, докато по-голямата част от масата се движи по-бързо, безпрепятствено от сблъсъка.
Тези сливащи се клъстери са трудни за обяснение, без да се имат предвид невидимите частици, които търсим.
Астрономически открития
Нощното небе крие много тайни. Данните от флагмана на съвременната астрономия, космическият телескоп "Джеймс Уеб", повдигнаха още няколко въпроса тази година, особено в наблюденията си на далечни обекти от първите милиарди години на Вселената. Астрофизиците са озадачени от наличието на добре оформени галактики с шокиращо големи млади черни дупки в твърде ранна епоха от космическата история.
Телескопът "Джеймс Уеб" също дава възможност за прецизно ново измерване на скоростта на разширяване на Вселената, задълбочавайки несъвпадението, наречено напрежението на Хъбъл. Междувременно други телескопи разкриха най-големите магнитни полета във Вселената, скрити органични молекули и тромавостта на самия космос.
Лабораторни успехи
Преминавайки от най-голямото към най-малкото, физиците, които манипулират атоми, молекули и кристали в лабораториите, също постигнаха през 2024 г. удивителни нива на прецизност и контрол върху своите квантови изследвания.
Екип от Инсбрук създава отдавна прогнозирано екзотично състояние на материята, наречено свръхтвърдо вещество, и дори изобрази отличителните белези "квантови торнада", които се образуват, когато разбъркват иначе твърд кристал от атоми на диспрозий. Астрофизиците подозират, че тази свръхтвърда фаза може да възникне в невероятно плътни, бързо въртящи се звезди, наречени пулсари.
Концепция на художник за Купърови двойки. Във физиката на кондензираната материя купъровата двойка обикновено е свързано състояние на два електрона, свързани чрез обмен на виртуални фонони. Когато еластичните вълни, колективното движение на положително заредената решетка на кристала е квантувано, съответните кванти се наричат фонони. Кредит: SLAC National Accelerator Laboratory
Междувременно физиците на кондензираната материя, изучаващи двуизмерни материали - тоест кристални листове от атоми - откриха три нови вида свръхпроводимост тази година (1, 2, 3), като същевременно размишляваха върху странна квантова фаза на материята, в която възникващи частици, притежаващи части от заряд, текат около кристалния ръб. Все още не се знае дали тези фази ще се окажат технологично полезни.
Други лаборатории постигнаха напредък в кодирането и манипулирането на информация в масиви от атоми. Някога недостатъчен подход към квантовите изчисления, тези така наречени квантови компютри с неутронни молекули изглежда внезапно се изстреляха в авангарда в тази област. Тези устройства показват забележителен резултат през ноември, постигайки устойчивост на шум или "устойчиво на грешки" логическо изчисление.
Нещо повече, в продължение на десетилетия физиците се опитват да определят енергията на специален ядрен преход в тория, знаейки, че той може да служи като инструмент за изследване на фундаменталните сили, които свързват Вселената. Тази година три различни групи най-накрая успяха да измерят този преход с нов "ядрен часовник", с който планират да търсят вариации в силата на тези фундаментални взаимодействия.
Изображение на квазикристал с моаре (централната колона), създаден от три припокриващи се листа от тънък един атом графен. В изследване, което може да даде тласък на интереса към един загадъчен клас материали, квазикристалите, е открит сравнително прост и гъвкав начин за създаване на нови материали от тънки един атом графени, които могат да бъдат настройвани така, че да проявават свръхпроводимост и други важни явления. Кредит: Sergio C. de la Barrera, University of Toronto
Надникване в пространство-времето
Теоретичните физици постигнаха напредък от по-абстрактен вид. Те са разработили нов геометричен език за прогнозиране на резултатите от взаимодействията на частиците. Традиционно те използват уравнения, които описват тези взаимодействия като динамични събития, протичащи в пространството и времето според квантовите правила. Използвайки новия метод, отговорите изглежда произтичат от набори от криви повърхности. Тези революционни идеи са част от усилието да се открият фундаменталните основи на самите пространство и време.
Изненади и полемики
Свързаните с физиката дискусии в X (по-рано известен като Twitter) са бледи сенки на това, което някога се е случвало, но сега се вдийна много шум, когато Scientific American съобщи, че експеримент с квантовата физика е открил доказателства за "отрицателно време". (вж "Учени наблюдават "отрицателно време" в квантови експерименти") Какво точно трябва да означава това? Било ли е нещо, което наистина е станало за по-малко от нула време? Не точно. В квантовия свят нашите определения често се провалят.
Какв се случи? Физици от Университета в Торонто изстреляха фотони към облак от рубидиеви атоми. Всеки фотон може да възбуди атом в облака или да премине през него, без да взаимодейства, или и двете. Тези квантови възможности интерферират като две вълни. След това изследователите могат да определят, че някои фотони са преминали през атомния облак по-бързо, когато са били абсорбирани и повторно излъчени, отколкото когато не са, което предполага "отрицателно време на престой", сякаш тези фотони възбуждат атомите за отрицателно време – но отново това са само думи.
"Ние измерваме продължителност, а не нещо, което завършва, преди да започне", опитва се да обясни в X един от участващите изследователи.
Мнозина бяха изненадани, когато Нобеловата награда за физика за 2024 г. отиде при пионерите на изкуствения интелект - технология, която на пръв поглед изглежда несвързана със законите на природата.
И все пак през 80-те години на миналия век победителите, Джефри Хинтън и Джон Хопфийлд, са работили с техните елементарни изкуствени невронни мрежи върху системи в статистическата физика. Някои физици-статисти бяха доволни от вниманието, отделено на техните неясни изследвания върху поведението на системи от много части. Това е признание за тяхната работа, която има голямо значение.
Източник: The Year in Physics, Quanta magazine
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари