Журнал Компьютерра - Журнал "Компьютерра" N734
Постоянная Ридберга, входящая во все формулы спектров излучения атомов и молекул, примерно равна минимальной энергии, которую нужно затратить, чтобы оторвать электрон от атома водорода в основном состоянии. Эта постоянная определяет, какая частота (то есть цвет) будет у фотона, который излучается при перескоке электрона в атоме с одного энергетического уровня на другой. Сегодня постоянную Ридберга определяют, сравнивая предсказания теории с экспериментальными измерениями частот 23 переходов с одного энергетического уровня на другой в атомах водорода и дейтерия. Частоты излучаемых при этом фотонов измеряются с точностью в пятнадцать десятичных знаков. Но точность постоянной Ридберга получается в пятьсот раз хуже, и этого уже не хватает для практических приложений.
Дело в том, что основные ошибки возникают из-за приблизительного знания размеров атомных ядер, которые влияют на энергетические уровни электронов, а следовательно, меняют и частоту испускаемых при переходах фотонов. Другой источник ошибок кроется в постоянном излучении и поглощении электронами так называемых виртуальных или короткоживущих фотонов, которые тоже слегка изменяют уровни энергии.
Чтобы избежать этих проблем, ученые решили использовать не водород и дейтерий, а водородоподобные, или ридберговские, атомы с единственным электроном на высокой орбите вдали от ядра. Там и размеры ядра уже слабо влияют на электрон, и виртуальные фотоны почти не испускаются, поскольку на больших орбитах ускорение у электронов сравнительно невелико. По некоторым оценкам, это позволит вычислить постоянную Ридберга с точностью восемнадцать десятичных знаков. Останется только тщательно измерить частоты испускаемых или поглощаемых фотонов.
Чтобы реализовать эту идею, у атомов сначала оторвут все электроны; оставшиеся ядра охладят и будут удерживать в специальной ловушке. Затем на высокую орбиту будет "впрыснут" один электрон на атом и с помощью специальной техники, известной как "частотная гребенка", будут очень точно измеряться частоты квантов, поглощаемые такими атомами.
Исследователи надеются, что их эксперименты позволят не только уточнить постоянную Ридберга, но и обнаружить ошибки в квантовой электродинамике, если таковые действительно есть. ГА
Тянемся в ширину
Необычную бумагу из свитых углеродных нанотрубок изготовили ученые из Техасского университета в Далласе при поддержке бразильских коллег. Вместо того чтобы при растяжении сжиматься в поперечном направлении, как все нормальные материалы, она, наоборот, расширяется.
Такие странные материалы, называемые ауксетиками, встречались ученым и раньше среди горных пород, живых тканей и пластиков, но крайне редко. В их сложной внутренней структуре обычно было что-то похожее на ножницы или раздвижную решетку, что и являлось причиной необычного поведения.
Упругие свойства материалов при растяжении или сжатии описываются коэффициентом Пуассона, который равен отношению относительного поперечного сжатия к относительному продольному удлинению. У хрупких материалов он стремится к нулю, у большинства составляет около одной трети, а у самых упругих, вроде каучука, стремится к одной второй.
Диковинную нанобумагу ученые изготавливали почти так же, как и обычную писчую, - путем осаждения углеродных нанотрубок из водного раствора на подложку и последующего высушивания. В растворе находилась смесь из тонких однослойных нанотрубок с толщиной стенок в один атом и толстых многослойных, которые, как матрешки, состояли из нескольких однослойных.
По мере увеличения доли многослойных нанотрубок бумага плавно меняла свойства от обычной до заметно расширяющейся при растяжении. Причем прочность, жесткость и другие механические свойства бумаги из смеси нанотрубок были в 1,5-2,5 раза выше, чем бумаги из нанотрубок одного сорта.
Ученым удалось создать простую модель внутренней структуры нанобумаги. Модель предполагает, что бумага состоит из соединенных друг с другом слоев нанотрубок, заплетенных в нечто похожее на раздвижные решетки. В определенных условиях эти структуры блокируются, что и приводит к расширению материала при растяжении.
Ученые уверены, что благодаря своим уникальным свойствам новая бумага найдет массу применений. Из нее могут быть изготовлены листы, которые будут плотно оборачиваться вокруг сложных предметов со всевозможными выпуклостями, вогнутостями и седловинами. Из такой бумаги получатся прекрасные прокладки и сальники, искусственные мускулы и сверхчувствительные сенсоры. ГА
Графеновые пикселы
Первые пикселы на жидких кристаллах с прозрачными электродами из графена продемонстрировала известная команда физиков из Университета Манчестера. По мнению ученых, их графеновая технология прозрачных проводящих покрытий уже в ближайшие годы может оккупировать все конвейеры массового производства.
Каждый ЖК-экран, будь то телевизор или сотовый телефон, нуждается в прозрачных проводящих электродах. Сегодня их изготавливают из смеси оксидов индия и олова. Но редкий металл индий становится все дороже, и, по некоторым данным, уже через десять лет запасы его истощатся.
Графеновые листы просто идеально подходят для этой цели. Графен прекрасно проводит электричество, почти прозрачен, поглощая лишь несколько процентов света, и химически стабилен. Оказывается, изготовить из него прозрачное проводящее покрытие не составит большого труда. Для этого достаточно "растворить" листочки графена в жидкости и разбрызгать их по стеклу. После высыхания растворителя и отжига в течение нескольких часов прозрачное проводящее покрытие готово.
Уже в первых экспериментах удавалось получать покрытия с прозрачностью и проводимостью не хуже, а иногда и заметно лучше, чем у пленок из оксида индия. Количество монослоев углерода колебалось от одного до пяти, прозрачность пленки от 90 до 98%, а электрическое сопротивление пиксела - от нескольких десятков до нескольких тысяч ом.
Прозрачное покрытие из графена с близкими свойствами для солнечных элементов недавно получила команда из Института исследования полимеров Макса Планка, однако у немцев технология нанесения пленки заметно сложнее.
Разумеется, графеновые пленки из Манчестера можно применять не только в жидкокристаллических мониторах, но и везде, где требуется прозрачное проводящее покрытие. И экспериментаторы уверены, что для ее быстрого внедрения в массовое производство нужны совсем небольшие усилия. ГА
Пушка из центра галактики
Большой команде астрофизиков, координируемой из Бостонского университета, удалось получить четкие изображения одного из самых удивительных явлений во Вселенной - мощных снопов частиц и излучения, порождаемых блазаром BL в созвездии Ящерицы (BL Lacertae), расположенном на расстоянии 950 млн. световых лет от Земли.
Согласно современным представлениям, в центрах многих галактик скрываются сверхмассивные черные дыры массой в миллиарды раз больше, чем наше Солнце. Эти дыры притягивают межзвездный газ и пыль, которые, падая на дыру, иногда закручиваются и сжимаются в относительно тонкий и плотный аккреционный диск. В этом диске вещество нагревается до высокой температуры и превращается в проводящую ток плазму. Вращаясь, плазма, в свою очередь, порождает магнитное поле, линии которого перпендикулярны этому диску. Чем ближе к дыре, тем быстрее крутится вещество диска, и линии магнитного поля извиваются и сжимаются вместе с ним, формируя нечто похожее на пару узких перпендикулярных диску закрученных сопел. Через эти сопла часть падающей на дыру плазмы время от времени выбрасывается в пространство, закручиваясь и разгоняясь до скоростей, лишь на 1% меньших скорости света.
Такие гигантские взрывы на блазаре BL Lacertae, случающиеся раз или два в год, порождают мощное излучение во всех областях электромагнитного спектра, которое длится несколько дней и хорошо видно с Земли, так как его сопла направлены почти точно на нас.
Ученые проанализировали вспышку, случившуюся в конце 2005 года. Движение плазмы через магнитные сопла наблюдалось с помощью десяти разбросанных по США радиотелескопов, образующих Массив с очень большой базой (Very Long Baseline Array). Это позволило надежно измерить скорость движения сгустка плазмы. Кроме того, вспышку наблюдали несколько наземных и орбитальных оптических, рентгеновских и гамма-телескопов. Измерения позволили проследить за движением плазмы и оценить длину магнитных сопел, которая оказалась примерно в десять тысяч раз больше расстояния от Земли до Солнца. Анализ поляризации излучения позволил убедиться, что сгусток плазмы действительно движется сквозь спиральное магнитное поле.
В целом ученые вполне удовлетворены согласованностью результатов наблюдений с предсказаниями теоретических моделей и компьютерными расчетами. Однако некоторые мелкие доработки все же потребуются. И один важный вопрос до сих пор остается без ответа: как и почему возникает первоначальный плазменный сгусток, который затем выплевывается через магнитное сопло? Что определяет периодичность вспышек, тоже остается загадкой. Но ученые надеются, что радио- и гамма-телескопы следующих поколений, которые вступят в строй в ближайшие годы, позволят провести еще более точные наблюдения и ответить на эти и другие вопросы. ГА
