Список найбільш захопливих здобутків 2018 року опублікувало Американське фізичне товариство. Серед них вимірювання бозонів Гіґґза, «магічні властивості» графену, нова віха для міжнародної системи одиниць вимірювання та взагалі найшвидше обертання об’єкта.
180 мільйонів років після Великого вибуху в космосі сяяли перші зірки – на це вказує радіослід у космічному тлі. Зображення: N.R.Fuller/ National Science Foundation.
Без сумніву, історичною подією 2018 року стало перетворення Міжнародної системи одиниць. 16 листопада 2018 року Генеральна конференція мір і ваг заново визначила одразу чотири одиниці в Міжнародній системі, зокрема кілограм. І тепер металевий циліндр, який зберігають у Парижі, більше не вважається еталоном. Натомість у травні 2019 року всі одиниці Міжнародної системи одиниць матимуть у своїй основі природні константи – це вперше в історії.
Несподіване відкриття фізики зробили в березні 2018 року, здійснюючи експерименти на «чудо-матеріалі» графені: коли поклали одне на одного два вуглецеві шари, цей зазвичай провідниковий матеріал став ізолятором. Підключили до цього напругу – і графен перетворився на суперпровідник, його електричний опір цілком зник. Усвідомлення «магічних» властивостей цього матеріалу відкриває нові можливості його застосування.
У дослідницькому центрі ЦЕРН цьогоріч відбулося важливе підтвердження стандартної моделі фізики. Як і стверджує поширена теорія, бозон Гіґґза може розпадатися на два b-кварки. Важливим також виявився доказ того, що бозони Гіґґза переважно сполучаються з особливо тяжкими частинками – t-кварками, завдяки якому частинка зберігає свою масу.
Проте цьогоріч були й такі вимірювання та спостереження, що ставлять більше питань, ніж дають відповідей. Тут йдеться, зокрема, про опубліковані на початку грудня результати спостережень детектора MiniBooNE в США. Він виявив незвичайний надлишок електронних нейтрино, що не узгоджувався зі стандартною моделлю та трьома відомими видами нейтрино. Ймовірно, це означає: існує четвертий «стерильний» вид нейтрино.
Також науковці потрохи розгадують загадкову природу темної матерії та зменшують список кандидатів на її частинки. Адже в березні 2018 року астрономи впіймали в космосі сліди первинного водню, який виник зі світла перших зір. Науковці виявивили, що охолодити цей газ могла лише взаємодія з темною матерією, але тільки в тому випадку, якщо її частинки легкі та заряджені. Впродовж тривалого часу фаворитом на статус складової темної матерії вважали так звані Вімпи, слабко взаємодіючі масивні частинки (Weakly Interacting Massive Particles, WIMP), але вони не підходять до цього профілю.
2018 рік ознаменувався прогресом у квантовій комунікації: вже наприкінці 2017 року успішно пройшло перше практичне випробування орбітально-планетарної квантової мережі: через супутник науковці відправили квантовий криптографічний ключ з Китаю до Австрії, а потім розшифрували міжконтинентальну відеоконференцію. В січні 2018 року за наступної відеоконференції через ці квантові супутники фізики вперше відправили картинки.
Цілком практичне значення має і рекорд обертання: одразу дві команди науковців так розкрутити нанооб’єкти, що вони крутилися зі швидкістю 60 мільярдів обертів за хвилину – це більше, ніж вдавалося досягнути взагалі. За допомогою лазера нанооб’єкти тримали в невагомості і потім з допомогою поляризованого світла їх заставляли крутитися. Практичне значення таких досліджень зумовлене тим, що так можна перевірити міцність матеріалу, пояснили вчені.
Радше незвичними є два інші фізичні досягнення 2018-го. В першому дослідники виявили фізику в’язаного одягу. Вони розробили рівняння, яке точно описує, чому і скільки тканини розтягнеться. Другим досягненням стало відео, що демонструє ріст кристала в наномасштабі.
Nadja Podbregar
Physik-Highlights des Jahres 2018
American Physical Society (APS), 19.12.2018
Зреферувала С. К.