Топ-10 по физике в 2003 году

В декабре 2003 года авторитетное британское интернет-издание PhysicsWeb на основе опроса западных специалистов обнародовало топ-десятку самых выдающихся открытий 2003 года в физике.

Здесь вы найдете этот список (заметим, достаточно субъективный) и комментарии к нему ведущих российских физиков, сделанные по просьбе корреспондента газеты Известия Сергея Лескова. Top-10 от PhysicsWeb

1. Космология

   Этому достижения мы обязаны эксперименту WMAP, результаты первого года наблюдений реликтового излучения появились в начале 2003 г. и произвели очень сильное впечатление. Теперь мы знаем, что возраст нашей Вселенной составляет 13.7 млрд. лет, что обычное вещество составляет только 4% (по массе), 23% приходятся на невидимое небарионное "темное вещество", а остальные 73% - на "темную энергию": лямбда- или квинтэссенцию (подробнее см. здесь).

   На основе этих же данных в противовес стандартной модели бесконечной и плоской Вселенной была предложена идея Вселенной конечного размера со сложной топологией.

2. Физика элементарных частиц

   Хиггсовский бозон или какие-либо суперсимметричные частицы обнаружить пока не удалось, но зато в апреле 2003 года в Стэнфорде был открыт первый D-мезон, состоящий из 4 кварков, а в июне - пентакварки, частицы состоящие из 5 кварков. Напомним, что "обычные" мезоны состоят из 2 кварков, а барионы - из 3. Подробнее об этом открытии можно прочесть в статье И.П.Иванова.

3. Конденсаты

   В 2003 году впервые удалось перевести в состояние Бозе-конденсата газ атомом иттербия (Yb).

   Более интересно - в Австралии удалось добиться состояния Бозе-конденсации в молекулярном газе, каждая молекула которого (бозон), состояла из двух фермионов.

4. Оптика и электромагнетизм

   Одним из достижений 2003 г. в оптике признаны материалы с отрицательным коэффициентом преломления. После трех лет споров физики согласились, что существование таких сред не вызывает нарушения фундаментальных законов сохранения. В веществе с такими свойствами луч преломляется не в том направлении, а скорость распространения электромагнитных волн формально превышает скорость света.

   Другим достижением была регистрация предсказанного 60 лет назад обратного эффекта Допплера. Такой эффект был впервые зарегистрирован в средах с аномальной дисперсией, при этом частота сигнала приближающегося к нам тела понижается, а удаляющегося от нас - растет. (Подробнее про этот Допплер-детектив модно прочесть [на английском] здесь).

5. Квантовые компьютеры

   Элементом памяти квантового компьютера является "кубит" (qbit): ячейка, в которой находится не ноль или единица, а их квантовая суперпозиция. В начале 2003 г. в твердом теле удалось создать систему из двух кубитов, в позднее впервые создать квантовый логический элемент.

6. Квантовая оптика

   Здесь тоже два достижения:
   удалось создать лазер на одном атоме и
   "остановить свет" в среде с эффективно очень высоким коэффициентом преломления (это - Российское достижение).

   Оба этих эффекта наверняка дадут существенный вклад в технологии оптической коммуникации и квантовых вычислений.

7. Электричество из воды

   Чисто технологическая идея, предложенная инженерами из Канады: при прокачке воды через тонкие микроканалы в стеклянном диске порождается электрический ток. Таким образом предложен прямой метод преобразования энергии движущейся воды в электричество. Как сказано в сообщении PsysicsWeb, эта идея требует некоторых доработок ...

8. Магнетизм

   Здесь достижением было названо обнаружение у Кобальта (Co) самой высокой энергии магнитной анизотропии, равной 9.3 мэВ/атом. У широко используемых постоянных магнитах из сплава кобальта и самария она примерно в 5 раз меньше.

9. Новые сверхпроводники
   
   

   Открыта сверхпроводимость у еще двух веществ:
   K Os2O6 становится сверхпроводником при T=9.6K;
   другое вещество описывается формулой Na0.7CoO2.

10. Лазерные превращения элементов

    Впервые в истории с помощью лазерного луча удалось превратить атом радиоактивного йода I-129 (с периодом полураспада 15.7 миллионов лет) коротко живущий изотоп I-128 (с периодом полураспада - 25 минут).

    В крайне далекой перспективе это может открыть путь к лазерной дезактивации радиоактивных отходов.

Десять крупнейших достижений 2003 года в Физике Сергей Лесков / Известия
Комментирует Виталий Гинзбург

Авторитетное британское интернет-издание PhysicsWeb на основе опроса западных специалистов обнародовало топ-десятку самых выдающихся открытий 2003 года в физике. Спектр достижений широк - от темной энергии до квантовых компьютеров, хотя некоторые позиции удивляют. Обозреватель Сергей ЛЕСКОВ попросил ведущих российских ученых прокомментировать британский физический хит-парад.

1. Космология (см. вопрос)

- Карта реликтового излучения Вселенной - замечательное достижение, - говорит лауреат Нобелевской премии Виталий Гинзбург. - Думаю, оно по праву стоит на первом месте. И это не болтовня, это общепризнанный успех, хотя карта появилась только что. Темная энергия - крупный переворот в науке. Однако говорить о том, что карта Вселенной близка к завершению, рано.

Карта составлена НАСА по данным зонда исследования микроволновой анизотропии имени Вилкинсона WMAP. Получены данные о самой первой генерации звезд. Вселенной, как выяснилось, около 13,7 миллиарда лет, первые звезды возникли уже через 200 миллионов лет после Большого взрыва. Расчеты НАСА говорят, что Вселенная состоит на 4% из обычного вещества, 23% - темной материи и 73% - темной энергии.

2. Физика элементарных частиц (см. вопрос)

- В 2003 году сообщено об открытии нескольких новых элементарных частиц с экзотическими свойствами, - говорит академик Валерий Рубаков. - Американцы, как всегда, верны себе: все открытия сделаны в США, либо, на худой счет, в Японии. Но первый пентакварк был получен в российском ИТЭФе. В любом случае эти открытия важны построения модели Вселенной. В Стэнфорде найден новый D-мезон с небывалой конфигурацией из 4 кварков. Найден и пентакварк - с 5 кварками, хотя большинство известных частиц включают в себя, как мезоны, пару кварк-антикварк или три кварка (или антикварка) - как барионы, из которых состоит весь привычный мир. В конце года в Японии была найден еще один удивительный мезон с 4 кварками. В 2003 году, кроме того, появились сообщения о возможном обнаружении загадочного Хиггс-бозона, поиск которого является одной из самых заветных задач науки.

3. Конденсаты (см. вопрос)

- В физике конденсированных сред в последние годы сделано несколько ярких открытий, - говорит Виталий Гинзбург. - Японские физики заявили, что наблюдали бозе-конденсацию в газе, состоящем из атомов иттербия. Как раз в этом нет ничего особенного. Было десять сортов бозе-конденсации, появился еще один.

Конденсат (или конденсат Бозе-Эйнштейна) - это принципиально новое состояние вещества, где все атомы находятся в одном квантовом состоянии. Крупнейшие российские специалисты по конденсатам Бозе-Эйнштейна работают за границей: академик Владимир Захаров - в США, академик Лев Питаевский - в Италии. Эксперименты в этой области в России не ведутся. Конденсаты на основе иттербия могут быть использованы в исследованиях фундаментальной симметрии: этот элемент имеет два валентных электрона и способен переходить в немагнитное состояние. Буквально перед Новым годом физики из США и Австрии получили бозе-конденсат бозонных молекул из газа фермионных атомов. По мнению ученых, они оказались в одном шаге от недостижимой мечты всех физиков - наблюдения сверхтекучести в ферми-газе, который подчиняется статистике Ферми-Дирака.

4. Оптика и электромагнетизм (см. вопрос)

- Первые принципиальные шаги в этом направлении были сделаны в СССР профессором Виктором Веселаго еще лет 40 назад, - говорит Виталий Гинзбург. - Но тогда никто ученому не поверил, его даже высмеивали. Потому что нельзя нарушать законы Максвелла! А сейчас признано, что материалы с отрицательными показателем дисперсии и значением диэлектрической проницаемости законов не нарушают. Такие материалы преломляют свет в противоположном обычному направлении. Отсюда следует целый ряд неожиданных свойств. Некоторые ученые считают, что в таких материалах скорость света больше, чем в вакууме, о чем еще давно писал профессор Веселаго.

5. Квантовые компьютеры (см. вопрос)

- Идея квантовых компьютеров возникла 15-20 лет назад, бум начался в 1995 году, когда американец Шор создал алгоритм квантового компьютера, - говорит академик Камиль Валиев. - В квантовом компьютере бит информации ("кубит") - это не просто положение атома в одном из двух состояний, но, возможно, одновременно в обоих состояниях. Это неизмеримо повышает быстродействие компьютера. Согласно алгоритму Шора, на задачу, которую обычный компьютер решал бы тысячу лет, квантовый компьютер затратит несколько часов. В 2003 году проведены важные эксперименты на пути его создания. Фотоны, атомы и электроны удалось поймать в ловушку, но проблема в том, что квантовое состояние является очень хрупким, неустойчивым, подвержено атаке шумов. Даже оптимисты не обещают, что реальные квантовые компьютеры появятся раньше чем через 20 лет. В России теоретическими и экспериментальными исследованиями в области квантовых компьютеров занимается немало серьезных ученых - наши достижения находятся на мировом уровне.

6. Квантовая оптика (см. вопрос)

- Демонстрация "одноатомного" лазера - красивая вещь, - говорит академик Гинзбург. - В 2003 году в Калифорнийском технологическом институте сумели заманить в ловушку атом цезия. Такой лазер может найти применение в квантово-информационных технологиях.

- Обычно в лазерном излучении свет испускается как бы коллективно, - продолжает академик Вячеслав Осико. - Свет от одного атома более управляем, чем в обычных лазерах. Это принципиальный шаг к квантовым компьютерам. То, что светом можно управлять, доказали в декабре в совместном эксперименте наши и американские физики: удалось "остановить" свет в газе из разогретых атомов.

7. Электричество из воды (см. вопрос)

Среди российских ученых нам не удалось разыскать кого-то, кто слышал об экспериментах небольшой группы инженеров из Канады, которая утверждает, что разработала новый способ получения электричества. Информация об этих опытах скудная, серьезные специалисты высказывают скептические замечания, но от комментариев, тем более что научных публикаций пока не было, воздерживаются. Инженеры из Канады показали устройство, где вода проталкивается в крошечные каналы между дисками и возникает разность потенциалов. Утверждается, что такой энергии достаточно, чтобы питать мобильный телефон. Это пока не доказано. Насколько нов такой способ, судите сами. Не исключено, что это достижение включено в хит-парад с благородной целью поднятия у публики тяги к самодеятельным научным изысканиям. Так вручают почетный приз на профессиональном конкурсе самородку из провинции...

8. Магнетизм (см. вопрос)

- Очень необычные свойства обнаружены у кобальта, - говорит академик Юрий Третьяков. - Энергия его магнитной анизотропии оказалась больше, чем у любого другого элемента, - 9,3 мэВ на атом. У материалов, которые используются сейчас в постоянных магнитах, этот показатель, характеризующий степень устойчивости магнитных свойств, не превышает 2 мэВ на атом.

9. Новые сверхпроводники (см. вопрос)

- Физика сверхпроводников переживает период бурного расцвета, - говорит академик Юрий Третьяков. - В Японии исследовали новый материал из калия и осмия с температурой перехода в сверхпроводящее состояние 9,6 градуса Кельвина. Для прикладных целей этот материал даже близко не может конкурировать с уже известными. Но фундаментальной науки это важный шаг. В физике до сих пор не существует теории, которая имела бы прогностическую ценность и могла предсказать, где искать сверхпроводники с нужными свойствами. Наука лишь объясняет свойства уже синтезированных материалов. Но универсальной теории сверхпроводников нет.

- Ничего особенного в этой работе не вижу, - говорит академик Виталий Гинзбург, получивший Нобелевскую премию 2003 года именно за исследования в области сверхпроводников. - Слишком низкая температура перехода - никакой ценности.

10. Ядерные превращения под воздействием лазера (см. вопрос)

- Ученые из нескольких британских университетов и немецкого Института трансурановых элементов продемонстрировали возможность превращения радиоизотопов под воздействием лазерного луча, - говорит академик Вячеслав Осико. - Значительный технический шаг, но науки ничего нового. В России в нескольких институтах ведется разделение изотопов с помощью лазера. Для медицины, когда нужно получить особо чистые препараты, это очень важное направление. Но разговоры о том, что лазером можно решить проблему уничтожения радиоактивных отходов, просто смешны. Это фантастика. Работа с отходами - это проблема не науки, а экономики.