Да, тут намеренно нет варианта «всё нравится». Жизнь боль

Небольшое развлечение, которое прислала мне в личку автор простенького теста о Солнечной системе. Тест на английском.

🎲 Тест «Solar System»
Can you pass this simple quiz about the solar system?
🖊 30 вопросов · ⏱ 30 сек

Одним из самых сложных объектов для исследования является состояние вещества, в котором оно находится в недрах планет. Такое состояние называют тёплым плотным веществом. Это название подчёркивает, что вещество, во-первых, сильно сжато силами давления, которые в расчёте на один атом могут превышать силы межатомного взаимодействия, а во-вторых, нагрето до высоких, но не слишком температур: вещество находится на грани ионизации, но ещё не является в полной мере плазмой как, например, вещество горячих звёзд.

Сложность исследования связана с тем, что получить такие условия в лаборатории чрезвычайно сложно, а в недра планет особо не проникнешь. Тем не менее, что-то всё-таки сделать удаётся.

Проще всего достичь нужного состояния сильно ударив чем-нибудь по образцу: подойдут мощные сфокусированные лазерные импульсы, например. Тогда вещество на долю секунды сожмётся и слегка (на несколько тысяч градусов) нагреется. Проблема такого подхода в том, что, во-первых, это всё же динамический процесс, а в недрах планет вещество находится в состоянии стационарном, и может вести себя по-другому, а во-вторых, из-за чрезвычайно короткой длительности состояния сжатия нужны изощрённые методы диагностики, чтобы измерить что-то релевантное.

Есть и другой подход: небольшой кусочек вещества размещает между сверхострыми алмазными иглами, которые помещаются под высокое давление. Из-за малой площади и высокой твёрдости алмаза так достигается давление в миллионы атмосфер. Этот метод, называемый методом алмазных наковален, набрал огромную популярность в последние годы в связи с успешной реализацией идеи многоступенчатой наковальни: когда в наковальню помещается более мелкая наковальня, внутри которой уже находится изучаемое вещество.

Но есть ещё одна проблема. При таких высоких давлениях многие вещества начинают течь: переходят в жидкое состояние. Именно это происходит в том числе и с железом, из которого по современным представлениям в основном и состоит земное ядро.

Самым надёжным способом определить плотность вещества в наковальне — рентгеновская дифракция. Рентген дифрагирует на атомах, и из-за интерференции рассеянный сигнал содержит информацию о расстояниях между атомами. А зная это расстояние и массу ядер, несложно определить и плотность. Но это легко сделать, когда вещество образует кристалл: все расстояния одинаковые, и сигнал получается ярко выраженным. А в жидкости расстояния между атомами самые разные, и сигнал размывается.

В свежей статье, опубликованной в PRL, учёным удалось решить эту проблему, применив новый более хитрый способ обработки данных рентгеновской дифракции. Это позволило впервые померить плотность железа при давлении до 1,16 млн атмосфер и температуре около 4000 °C. Оказалось, что его плотность на 7,5% выше, чем было померено сейсмологическими методами для земного ядра, что скорее всего означает, что в ядре находится существенное количество более лёгкого элемента.

Естественно предположить, что таким элементом является кислород. Только вот хорошо известно, что кислород чрезвычайно плохо растворим в железе, поэтому он осел глубже, в твёрдом внутреннем ядре, про которое известно, что оно действительно имеет более низкую плотность, чем чистый железный кристалл. А вот, что обеспечивает малую плотность жидкого ядра пока неизвестно.

Ссылка на статью: doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.165701

Я часто пишу о нейтринной физике, поскольку нейтрино — это по сути единственная известная частица, не укладывающаяся в полной мере в Стандартную модель элементарных частиц. И одна из главных её особенностей заключается в том, что похоже нейтрино и антинейтрино ведут себя не совсем одинаково.

Само по себе это не исключительное свойство нейтрино: среди ядерных частиц такие уже были известны, но именно у нейтрино нарушении симметрии между частицей и античастицей может быть особо сильно. Это могло бы, наконец, объяснить, как так получилось, что наш мир практически не содержит антивещества.

Сейчас в мире идёт сразу несколько крупных экспериментов по изучению этой асимметрии, и вот один из них, T2K, недавно опубликовал в Nature свежие данные: теперь вероятность, что наблюдаемое нарушение симметрии вызвано случайными факторами, ниже 1%. Этого всё ещё недостаточно, чтобы по строгим научным правилам заявлять об окончательном открытии, однако серьёзное продвижение вперёд.

Более подробно написал об этом в блоге: bit.ly/neutrino-asimmetry-t2k-2020

Написал для ТрВ-наука своё видение того, как будут развиваться сверхмощные лазеры в ближайшие 50 лет: https://trv-science.ru/2020/05/05/sverxmoshhnye-lazery-2070

На сайте Кавказской горной обсерватории выложили результаты наблюдения за Бетельгейзе с октября 2019 года до апреля 2020 года. Наблюдения были выполнены на 2,5-метровом телескопе. Разрешение составило 0,05 секунд дуги, что позволило снять поверхность звезды.

Всего было сделано 17 снимков в разные даты, но за счёт интерполяции между ними получилась плавная анимация.

Видна неоднородность атмосферы Бетельгейзе. Потускнение скорее всего связано с пылевыми облаками.

Подробнее на сайте обсерватории: lnfm1.sai.msu.ru/kgo/mfc_Betelgeuse_ru.php

Крутая и необычная статья об экситон-поляритонном бозе-конденсате в N+1: https://nplus1.ru/material/2020/05/18/polaritons

Крутая, потому что написана понятно, а необычная, потому что это, фактически, прямая речь автора открытия этого самого конденсата, Алексея Кавокина, снабженная к тому же его личными иллюстрациями, объясняющими написанное с котиками и иногда машинками.

Смотрите, какую красоту я вам сегодня принёс. Это композитная фотография Крабовидной туманности, составленная из данных рентгеновского телескопа Chandra (белые и голубые цвета), Хаббла (фиолетовые) и инфракрасного Spitzer (розовые).

Напомню, что эта туманность — результат взрыва сверхновой, произошедшего в XI веке, и замеченного многими астрономами. В центре туманности находится остаток звезды, быстровращающаяся нейтронная звезда — пульсар. Со своих полюсов она выбрасывает джеты из вещества, ярко светящиеся в рентгеновском диапазоне и хорошо заметные на фотографии.

#обои 3600×2338

Присоединяюсь к рекомендации, хотя сам этой книги пока в руках не держал. Но автора Виталия Егорова знаю давно, и не сомневаюсь, что книга получилась более чем достойной.

Если вы хотите почитать книгу про космос, то рекомендую https://www.alpinabook.ru/catalog/book-634507/ "Люди на Луне", и не потому, что мне удалось немного поработать с материалом книги до её выхода, а потому, что это одна из самых интересных книг про освоение космоса, а еще в ней нашлось место астрономии. Поэтому, смело покупайте - это не реклама, а моя личная рекомендация, без просьбы автора и вообще).

В книге вы найдете ответы на такие вопросы как: "Можно ли в космосе уберечься от вредного космического излучения?" "Видно ли американский флаг с Земли и с орбиты с помощью космических и наземных телескопов?" и многим другим. Глава про "радиацию" достойно отдельной книги), а глава про фотографии Луны китайскими, индийскими и другими станциями - тянет на научную работу!

Я тут как-то упустил, а между тем в астрономии произошло весьма примечательное событие. Была открыта чёрная дыра, располагающаяся всего в тысяче световых лет от Земли — самая близкая из известных: bit.ly/black-hole-next-door

Примечательность открытия заключается не только в её близости к нам, но и в том, что большинство открытых чёрных дыр — в нашей Галактике их известно пара десятков — активно взаимодействуют со своим окружением, благодаря чему ярко светятся в рентгене. Эта чёрная дыра не светится.

А открыть её удалось, потому что она входит в состав тройной системы и две звезды этой системы вполне наблюдаемы — причём даже без телескопа! Однако только современными телескопами, оснащёнными спектрографами, удалось определить, что одна из двух видимых звёзд вращается вокруг чего-то массивного — массой больше 4 Солнц — и невидимого. И делает это за 40 дней. Ничем другим, кроме чёрной дыры этот объект быть не может.

Вообще-то, по оценкам, в нашей Галактике должны существовать сотни миллионов чёрных дыр. Образование чёрной дыры это типичный конец звёзд массой в десятки Солнц, взрывающихся после сжигания водорода в виде сверхновых. Так что, не исключено, что нас ждёт ещё множество подобных открытий. У астрономов даже уже есть подходящий кандидат на следующее открытие.

Я тут в связи с разблокировкой телеграма в РФ сделал в своих соцсетях небольшую подборку каналов, которые читаю. Скопирую её и сюда тоже.

Научпоп:
t.me/physh -- ну это мой канал, тут всё понятно. Физика, космос, немного личного мнения.
t.me/tirsky -- канал про астрономию и немного космонавтику, ведёт энтузиаст Игорь Тирский
t.me/astroblog -- это если хочется чего-нибудь от специалиста, про астрономию тут рассказывает Мария Боруха, аспирантка -- небесный механик из СПбГУ
t.me/alphacentaurichannel t.me/RingsandMoons -- два канала, на которых космоса ОЧЕНЬ много. Для истинных ценителей, которые боятся пропустить даже самую малозначительную новость

Околонаука:
t.me/trueresearch -- внутренняя кухня российской науки глазами рядового физика
t.me/jmultiverse -- молодой канал Евгения Буланова о зоопарке научных журналов и наукометрии
t.me/scienpolicy -- это если вы любите поржать или наоборот поплакать, или и то, и другое по настроению, над российской научно-образовательной политикой. Канал как бы экспертов, которые крутятся где-то вокруг Минобрнауки и даже, видимо, частично внутри. Специфическое чтиво

Технологии:
t.me/techsparks t.me/addmeto t.me/brodetsky -- три очень похожих канал, которые пишут не столько про технологии как таковые, а про то, как они меняют мир, и какие этические и гуманитарные проблемы при этом возникают. Каналы соответственно ведут топ-менеджеры Яндекса Андрей Себрант и Григорий Бакунов и журналист Андрей Бродецкий
t.me/groks -- попытка независимой аналитики в основном финансовой стороны новых технологий

Около четырёх лет назад я написал небольшой пост о профессоре Колумбийского университета Елене Априле и о возглавляемом ею проекте по поиску частиц тёмного вещества XENON https://physh.ru/post/поиски-тёмной-кошки-в-тёмной-комнате/

Она тогда считала, что «в течение ближайших пары лет, может, пяти-шести в общей сложности, мы или скажем наверняка, что вимпов не существует, или что-то откроем.» И вот, возможно, они, действительно что-то открыли!

XENON — самый чувствительный на данный момент детектор, нацеленный на поиск частиц тёмного вещества. Сейчас он представляет собой 3,2 тонны жидкого сверхчистого ксенона (просто чтобы понять техническую сложность эксперимента: ксенон может находиться в жидкой форме только в очень узком диапазоне температур от −108 до −111 °C). Бак с ксеноном помещён глубоко под землю в горах Италии и обнесён чувствительными датчиками.

Изначально в проекте вообще-то искали вимпы — это такие популярные гипотетические кандидаты в частицы тёмного вещества с большой массой, которые, предполагается, могут слабо взаимодействовать с ядрами ксенона. Но за более чем 10 лет (прежде, чем загрузить несколько тонн ксенона, они начинали с маленьких детекторов) ничего похожего не нашли.

И тут поняли, что на той же установке можно искать и немного другой тип гипотетических частиц, называемых аксионами. Эти частицы значительно легче, и их ищут по их воздействию на электроны. Проблема тут в том, что с электронами взаимодействует много чего вполне обычного: например, электроны от бета-распада радиоактивных атомов в горной породе. Но эти обычные события можно более-менее точно оценить, и посмотреть, нет ли в сигнале чего-нибудь ещё.

Оказалось, что вроде как есть: вместо ожидаемых 232±15 событий увидели 285 — это превышение в 3.5σ (это грубо означает, что шанс того, что превышение является случайным стечением обстоятельств, составляет что-то около 0,02%). В физике элементарных частиц это ещё не открытие, но очень близко к нему (для открытия требуется 5σ, что соответствует вероятности ошибки ~10⁻⁵ %).

Возможны, конечно, и другие объяснения. Например, такой же сигнал могут дать обычные нейтрино, если, однако, они обладают большим магнитным моментом — его величину у них никто не знает, и если она, действительно, окажется настолько большой, то это само по себе будет чрезвычайно интересно и неожиданно.

Ну и наиболее тривиальное объяснение — сигнал вызван загрязнением тритием. Это единственная банальная причина, которую учёные не смогли исключить полностью в связи со сложностью определения трития. Вообще-то, этот изотоп водорода в силу высокой радиоактивности встречается довольно редко: в ксеноне по оценкам его не должно остаться больше, чем 1 атом на 10²⁵ атомов ксенона, но и этого может быть достаточно для объяснения доброй половины наблюдаемого сигнала. По всей видимости, единственная возможность исключить это объяснение: найти аналогичный сигнал другими методами.

В середине апреля я писал о том, что в сообществе учёных, занимающихся экспериментальной физикой высоких энергий идёт подготовка новой стратегии развития этого направления в Европе: https://t.me/physh/768

По сути, решалось, что будет после Большого адронного коллайдера. Десять дней назад эту стратегию утвердили. Подробно о ней написал Игорь Иванов в N+1: https://nplus1.ru/material/2020/06/23/cern-gonna-fcc

С апреля ничего, по сути, не изменилось. Если коротко: на смену LHC рядом будет построен FCC (Future Circular Collider — название, видимо, будет ближе к делу изменено) диаметром 100 км и общей стоимостью в ~2,5×10¹⁰ евро. Туннель под него начнут бурить в 2030-х годах. На этом коллайдере сначала будут гонять электроны и позитроны с энергией до 250 ГэВ — этого как раз хватит для рождения бозона Хиггса, такие проекты ещё называют «хиггсовскими фабриками», а затем начнут сталкивать протоны с энергией порядка 100 ТэВ (почти в 7 раз выше, чем сейчас).

Ну и процитирую соображения Игоря Иванова, которые не вошли в заметку на N+1, и он их привёл на своей странице в фейсбуке: https://www.facebook.com/igor.ivanov.physics/posts/4209604619080474

Заметка в Nature, посвященная обновленной стратегии, приводит высказывания Фабиолы Джанотти, нынешнего Генерального директора ЦЕРНа, а также ее предшественников на этом посту. Высказывания, безусловно, положительные: «исторический день для ЦЕРНа», «большой шаг вперед». Между тем, у широкой публики наверняка застыл на губах вопрос: а точно ли нужно тратить миллиарды на эти установки? Даже если ориентироваться на чисто научные задачи, неужели это самое лучше вложение денег, если никто не может гарантировать новых громких открытий?

Эти вопросы не новы; они поднимались и при запуске Большого адронного коллайдера (см. ссылку в комментах). Более того, подобные сомнения возникают не только у широкой публики. И хотя подавляющее большинство физиков понимает важность продолжения этой программы исследования, грамотная, взвешенная дискуссия на эту тему нужна. Безотносительно к конкретным высказываниям, я хочу перечислить здесь важные моменты, которые широкой публике могут быть не совсем очевидны.

1. Мы исследователи, следопыты, первооткрыватели. Если раньше мы плавали в безопасных морях, строили ускорители, опираясь на гарантированные открытия (бозон Хиггса — одно из них), то сейчас мы вышли в открытый океан. Там впереди — неизвестное. Это неизвестное мы и исследуем, это наша задача как естествоиспытателей. Конечно, параллельно надо изобретать и новые способы изучать мир, адаптировать стратегию, но останавливаться — нельзя. Это убьет дух исследования микромира, разорвет мотивационную нить, связывающую поколения исследователей.

2. Несмотря на все эти неопределенности, физики не действуют вслепую. Хиггсовская фабрика не случайно была выбрана как главный следующий ускорительный проект — она даст нам гарантированные новые знания об окружающем мире, даже без сногсшибательных открытий. Ведь хиггсовский бозон — это новая грань нашего мира, которая открылась нам всего несколько лет назад. Многие свойства бозона — и через него, нашего мира — известны с точностью не лучше 30-50%, многие другие до сих пор ждут проверки. Есть длинный список вопросов, ответы на которые физики получат с помощью хиггсовской фабрики. Это и есть исследование окружающего мира в чистом виде. И эти сотни новых измерений — гарантированные результаты нового ускорителя, не важно, будут громкие открытия или нет.

3. Новые технологии — душа и сердце будущих ускорительных проектов. Ставя перед новым поколением физиков, техников, инженеров грандиозные задачи, мы зажигаем в них огонь и стимулируем их изобретать решения. Развитие технологий сугубо ради технологий идет гораздо медленнее и приносит меньше результатов, чем ради светлой научной цели.

4. Отказавшись от грандиозных ускорительных экспериментов сейчас, удовлетворившись нынешними установками, мы рискуем разорвать технологическую преемственность. Если нынешнее поколение ускорительщиков, детекторщиков, электронщиков не обучит молодежь всем неписанным премудростям, через 50 лет это знание будет исключительно трудно восстановить. Как человек должен всегда поддерживать себя в подтянутом теле — мало ли, что случится в жизни! — так и человечество должно быть готово к неожиданным техническим и научным вызовами.

5. Ради бога, не стоит переоценивать миллиарды! Проект строительства FCC-ee оценивается примерно в 10 млрд евро. Но эти расходы не одномоментные, а растянуты на 20 лет; условно говоря, это одна чашка кофе в год(!) в расчете на каждого жителя Европы. При этом деньги эти не проедаются и не сгорают. Они идут на подготовку кадров, на образование грамотных специалистов, на создание новых технологий, которые могут найти неожиданные практические применения, на поддержку наукоемкого производства и информационных компаний, на научное образование школьников и всего населения. Это тот тип расходов, которым человечество может гордиться!

6. Все насчет тех же миллиардов: не стоит думать, что ЦЕРН эти деньги отдельно запросит у стран-членов ЦЕРНа. Вовсе нет. Страны будут так же платить свои взносы в бюджет ЦЕРНа, как и сейчас, но только если сейчас значительная часть бюджета тратится на LHC, то, начиная с 2030-х годов, такая же часть будет тратиться на строительство нового ускорителя и на возврат кредитов в банки (да-да, ЦЕРН планирует взять крупный займ в европейских банках сроком на несколько десятков лет). Ну и, разумеется, сегодняшние реалии таковы, что эти расходы — смехотворны по сравнению с финансовыми потерями во время крупных военных конфликтов.

Так или иначе, подавляющее большинство физиков в этой области науки вполне понимает, зачем нужна физика, зачем нужны коллайдеры, почему надо и дальше ставить перед собой вызовы и строить уникальные установки. Конечно, несколько странновато планировать сейчас, что делать в 2050-х или 2070-х годах, но что поделать, таковы масштабы этой сферы человеческой деятельности.

А это картинка, которая поможет понять, что и когда планируется запустить в Европе, Китае и Японии в разных сценариях. В США, кстати, больших ускорителей не планируют.