moris_levran (moris_levran) wrote,
moris_levran
moris_levran

Categories:

Отпечатки пальцев Бога


Физики впервые охладили крупный объект весом в несколько килограмм до его неподвижного основного состояния. В результате авторы смогли наблюдать влияние гравитационных сил на массивный объект. Раньше физики переводили в основное состояние максимум небольшие наночастицы. Теперь ученые смогли провернуть подобное для 10-килограммового объекта. Для этого понадобилась гравитационно-волновая обсерватория.

Как известно, температура является мерой энергии молекул, а потому она определяет амплитуду внутренних колебаний. Поэтому, если охладить систему из колеблющихся атомов до абсолютного нуля, она станет полностью неподвижной.

Но абсолютный нуль недостижим, поэтому физики довольствуются так называемым основным состоянием. Это минимальное по энергии состояние атомов в системе. Когда множество частиц одновременно удается перевести в основное состояние, они образуют особое квантовое состояние. Если в качестве частиц выступают бозоны, такое состояние материи называется конденсатом Бозе-Эйнштейна.

В новом исследовании ученым удалось создать аналог конденсата для довольно крупного оптомеханического осциллятора весом 10 килограмм. До сих пор такой трюк удавалось проделывать лишь с облаками из атомов или наночастицами. Решив перевести в основное состояние такой массивный объект, физикам потребовалась установка, которая бы смогла с высокой точностью фиксировать движение отдельных атомов в такой крупной структуре. Оказалось, что единственная установка, способная на такое, — гравитационно-волновая обсерватория LIGO.

Используя доплеровское охлаждение, ученые смогли опустить температуру системы до 77 нанокельвинов — очень близко к теоретическому основному состоянию, которое должно быть на уровне 10 нанокельвинов. Учитывая, что до таких температур обычно охлаждают лишь небольшие облака размером в несколько миллионов атомов, удивительно, что у ученых получилось достичь подобного для объекта, состоящего из 10↑26 атомов.

Охлаждение объектов до низкой температуры может повысить чувствительность датчиков и эксплуатационные характеристики большинства устройств. Обновление до LIGO с такой модификацией могло бы увеличить его чувствительность и дальность действия к гравитационным волнам. Для чего это нужно?

В конце второго тысячелетия человечество сделало гигантские телескопы, которые могут заглянуть в самые далекие уголки Вселенной. Там нет человека, там нет звезд, там нет галактик. Но на расстоянии десяти миллиардов световых лет мы уперлись в непрозрачную стену — древнее вещество Вселенной, настолько плотное, что электромагнитные волны через него не проходят.
Эта стена испускает лишь радиоизлучение, которое называют реликтовыми волнами. За ней творится Вселенная: рождаются элементарные частицы, атомы, появляются первые сгустки материи — и она совершенно прозрачна для гравитационных волн, реликтовых гравитационных волн.

В отличие от микроволнового излучения (реликта эпохи рекомбинации, имевшей место через 380 тыс лет после Большого взрыва), гравитационные волны — это прямой реликт эпохи космологической инфляции, развернувшейся за 10↑–35 с до Большого взрыва.

Они очень-очень слабые, ведь тогда не было никаких черных дыр или нейтронных звезд, только небольшие шероховатости пространства, но, если мы научимся надежно регистрировать обычные гравитационные волны во всех диапазонах, рано или поздно мы поймаем и реликтовые гравитационные волны. Мы сможем посмотреть, как творилась Вселенная.

Во-вторых, наблюдения слияний нейтронных звезд дадут много новой, крайне нужной информации об этих объектах. Впервые мы сможем изучать нейтронные звезды так, как физики изучают частицы: наблюдать за их столкновениями, чтобы понять, как они устроены внутри. Загадка строения недр нейтронных звезд волнует и астрофизиков, и физиков. Наше понимание ядерной физики и поведения вещества при сверхвысокой плотности неполно без разрешения этого вопроса. Вполне вероятно, что именно гравитационно-волновые наблюдения сыграют здесь ключевую роль.

https://science.sciencemag.org/content/372/6548/1333
https://phys.org/news/2021-06-physicists-human-scale-standstill-quantum-state.html
Tags: Астрофизика, Физика
Subscribe

promo moris_levran december 22, 2014 02:45 8
Buy for 10 tokens
Византийская принцесса Анна – Великая княгиня Киевской Руси. В. Васнецов. "Крещение князя Владимира". В 1988 году в Советском Союзе отмечалась знаменательная дата – 1000-летие Крещения Руси. Минуло 26 лет, и сейчас можно рассмотреть подробнее эти события, поскольку к религии советская власть…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments