Девять значимых событий 2018 года в физике и астрономии
1Трио связанных фотонов
Физики из США впервые экспериментально зафиксировали связанные состояния из трёх фотонов. Частицы находятся в связанном состоянии, если движутся только в пределах ограниченного пространства в течение относительно длительного времени. Атомы, молекулы и даже галактики — всё это примеры систем связанных объектов. Но фотоны, в отличие от частиц, имеющих массу, чрезвычайно слабо взаимодействуют между собой, а потому не образуют устойчивых связанных состояний. Впервые связанное состояние удалось обнаружить пять лет назад для двух фотонов, сейчас это сделано для трёх фотонов. Связанные состояния фотонов возникают внутри облака атомов рубидия, возбуждаемых последовательностью лазерных импульсов. В исследованиях принимала участие группа физиков из Гарвардского университета под руководством Михаила Лукина (см. «Наука и жизнь» № 12, 2013 г.), по инициативе которого в 2011 году был открыт Российский квантовый центр. Именно она в 2013 году обнаружила двухфотонные связанные состояния.
2Жидкая вода на Марсе
Данные с орбитального радара Европейского космического агентства «Марс-Экспресс», собранные в районе Южного полюса Красной планеты, указывают на высокую вероятность того, что под полутора километрами льда лежит озеро жидкой воды. Радарный профиль этой области подобен таковому для озёр с жидкой водой, расположенных под ледяными щитами Антарктики и Гренландии на Земле. Размер озера около 20 км. Температура под слоем льда скорее всего ниже точки замерзания чистой воды. Однако растворённые соли магния, кальция и натрия, присутствующие в марсианских породах, позволяют озеру оставаться жидким, как это происходит и на Земле.
3Графеновый сверхпроводник
Американские и японские физики обнаружили, что «сэндвич» из двух графеновых слоёв толщиной в атом может проводить электроны без сопротивления, если слои повёрнуты относительно друг друга под «магическим углом» в 1,1о. Это открытие — важный шаг в многолетнем поиске высокотемпературных сверхпроводников, в частности, работающих при комнатной температуре. Такие материалы, не требующие дорогостоящего охлаждения, могут совершить революцию в области передачи энергии, транспорта и создания мощных магнитов.
Сверхпроводники условно можно разделить на два типа: «обычные», поведение которых объясняет имеющаяся теория сверхпроводимости, и «необычные», где такое объяснение не проходит. К последним относятся керамические сверхпроводники на основе купратов — сложных оксидов меди. Обычные сверхпроводники работают только при температурах, близких к абсолютному нулю. Купраты становятся сверхпроводящими при значительно более высоких температурах, около −140оC. Понятно, что такие материалы называют высокотемпературными сверхпроводниками довольно условно.
В последние тридцать лет физики сосредоточились на купратах, пытаясь получить сверхпроводники, работающие при комнатной температуре, но понять их механизм сверхпроводимости так и не смогли. Нетрадиционная сверхпроводимость в графеновой структуре имеет параллели с купратами. И хотя сверхпроводящий графеновый «сэндвич» пока нуждается в охлаждении до −271оC, его структура более проста и понятна, чем структура купратов, так что он может стать основой для изучения механизма высокотемпературной сверхпроводимости.