Reports

AANL(YerPhI) 2012 Annual Report

AANL(YerPhI) 2011 Annual Report

AANL(YerPhI) 2010 Annual Report

Professional Biography of Prof.Ashot Chilingarian

Information from YerPhI Director

Диссертации получат новые степени защиты

Опубликовано 3 апреля 2013 в 13:57

Источник: http://www.gazeta.ru/science/2013/04/03_a_5242549.shtml

Физик воссоздал «эхо» Большого взрыва

5 апреля 2013
Источник: http://lenta.ru/news/2013/04/05/bangbangsounds/

Профессор Университета Вашингтона Джон Крамер воссоздал на основе реликтового микроволнового излучения колебания вещества в ранней Вселенной и превратил их в звуки. Краткое сообщение об этом публикует сайт университета, а сами записи выложены на сайтеученого.

В качестве исходных данных Крамер использовал результаты измерения микроволнового излучения, полученные недавно телескопом Планк. Они отражают колебания температуры в ранней Вселенной, которые, в свою очередь, могут быть отпечатком колебания вещества. «Исходные волны были не вариациями температур, а настоящими звуковыми волнами, которые распространялись по Вселенной» - пояснил физик.

Данные микроволнового излучения ученый преобразовал при помощи программы Mathematica в колебания. Чтобы звуки стали доступны человеческому уху, полученные колебания пришлось очень сильно ускорить - в 1026 раз. На записях слышно постепенное усиление низких тонов. Это, по словам Крамера, отражает расширение Вселенной, «растягивающей» волны колебаний.

Результаты работы физика отражают колебания, которые происходили во Вселенной, когда ее возраст составлял всего от 380 до 760 тысяч лет. В настоящее время этот возраст составляет 13,4 миллиарда лет.

Ранее Крамер уже проводил подобное воссоздание «эха» Большого взрыва на гораздо менее подробных данных, полученных в ходе эксперимента WMAP. Данные «Планка», которые обладают гораздо большим разрешением, позволяют расслышать гораздо больше высоких частот.

Реликтовое микроволновое излучение является одним из главных открытий современной космологии. Наряду с красным смещением оно является одним из важнейших доказательств Большого взрыва. Структура реликтового излучения позволяет заглянуть во Вселенную до того, как в ней зажглись первые звезды.

Quarks' spins dictate their location in the proton

DOE PULSE Number 385 | April 1, 2013
Source: http://www.ornl.gov/info/news/pulse/no385/story1.shtml

In a proton, quarks with spin pointed in the up direction (red and blue) tend to gather in the left half of the proton as seen by the incoming electron, whereas down-spinning quarks (green) tended to gather in the right half of the proton.

A successful measurement of the distribution of quarks that make up protons conducted at DOE's Jefferson Lab has found that a quark's spin can predict its general location inside the proton. Quarks with spin pointed in the up direction will congregate in the left half of the proton, while down-spinning quarks hang out on the right. The research also confirms that scientists are on track to the first-ever three-dimensional inside view of the proton.

The proton lies at the heart of every atom that builds our visible universe, yet scientists are still struggling to obtain a detailed picture of how it is composed of its primary building blocks: quarks and gluons. Too small to see with ordinary microscopes, protons and their quarks and gluons are instead illuminated by particle accelerators. At Jefferson Lab, the CEBAF accelerator directs a stream of electrons into protons, and huge detectors then collect information about how the particles interact.

According to Harut Avakian, a Jefferson Lab staff scientist, these observations have so far revealed important basic information on the proton's structure, such as the number of quarks and their momentum distribution. This information comes from scattering experiments that detect only whether a quark was hit but do not measure the particles produced from interacting quarks.

"If you sum the momenta of those quarks, it can be compared to the momentum of the proton. What scientists were doing these last 40 years, they were investigating the momentum distribution of quarks along the direction in which the electron looks at it – a one-dimensional picture of the proton," he explains.

Now, he and his colleagues have used a new experimental method that can potentially produce a full three-dimensional view of the proton.

The new method measures neutral pions, made of one quark and one antiquark, as they are produced in collisions of fast-moving electrons with protons.

In addition to the momentum distribution, this method allows one to infer the spatial position of the quark as it was hit – how far the quarks are away from the proton's center and if their spins are pointing in the up or down direction. It projects a spatial image of the proton’s quark content in the plane transverse to the electron beam.

"It is the transverse space distribution. And so the one-dimensional picture is extended to a three-dimensional image that allows us to understand how those little quarks are distributed in the space. That is, we learn at the same time how far they are from the center and what are their momenta," Avakian says.

To make the measurement, the researchers needed to thwhack a number of quarks with electrons just hard enough for the quarks to absorb energy from the electrons and then give it away again, without ever breaking up the protons.

"This is the method of exclusive electron scattering, where you don't destroy the proton, you just touch a single quark," explains JLab Theorist Christian Weiss. "The electron hits the quark, and this quark shakes off a pion. The quark returns to the proton, and the proton remains intact and recoils. You measure the pion and the recoiling proton in addition to the scattered electron. This method gives you much more control than traditional inclusive scattering, where you do not detect the produced particles."

However, the experimental data alone isn't enough. To extract detailed information, the experimenters must plug their data into a complicated theory expressed as a set of mathematical expressions, called generalized parton distributions. The expressions combine to provide detailed information on how both the quarks and gluons, together called partons, behave inside the proton. It's thought that these generalized parton distributions, along with other information, will provide the first-ever three-dimensional view of the proton's structure.

"It's like you have some mosaic. These are parts of your mosaic. To get the picture, you need all these pieces to put together," Avakian says.

The CLAS collaboration conducted the experiment in Jefferson Lab's Experimental Hall B in the spring of 2005. The first result was published last fall in the journal Physical Review Letters.

They found that it was possible to successfully carry out an experiment using this tricky method of probing the proton without destroying it to get the data they need for the generalized parton distributions. They plugged the data into two theoretical models of generalized parton distributions that simulate the spin and location of the quarks and allow one to recover a genuine three-dimensional image of the proton.

"The position of the quark depends on how its spin is pointing or on its momentum. The spin of the quark affects the probability to find the quark in a certain point in space," Avakian explains.

In particular, they found evidence that transversely spinning quarks with their spin pointed in the up direction tended to gather in the left half of the proton as seen by the incoming electron, whereas transversely spinning quarks with their spin pointed in the down direction tended to gather in the right half of the proton. He says the result confirms that protons are complex systems, with a rich internal structure and sophisticated dynamics, referred to as Quantum Chromodynamics.

"The quarks are not just distributed in momentum in one direction. They have momenta, positions, and everything is moving around. As of now, we don't understand very well the dynamics, such as how this spin is correlated with the position and the momentum. That's what we are trying to study - the interplay of the quark's internal motion and their spin with their spatial position in the system," Avakian says.

In the meantime, Avakian and Weiss both agree that this successful experiment has broader implications. It has proven that the exclusive electron scattering method can be used to begin filling in the information needed for generalized parton distributions toward obtaining that three-dimensional view of the proton. Physicists worldwide are working toward that common goal, and the technique pioneered here can also be applied at much higher energies, beginning with Jefferson Lab's CEBAF accelerator at 12 GeV and later with a future Electron-Ion Collider. Similar measurements can also be performed in scattering experiments with proton beams at facilities such as GSI in Germany and at Japan's High Energy Accelerator Research Organization, known as KEK.

The physics community consider this as a first-priority task: To understand the 3D structure of the nucleon," Avakian says.

[Kandice Carter, 757.269.7263,
kcarter@jlab.org]

Planck Reveals an Almost Perfect Universe

21 March 2013
Источник: http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/

Cosmic microwave background seen by Planck

The Planck Satellite Discovers Extra Dark Matter In the Universe
Source:http://io9.com/the-planck-satellite-discovers-extra-dark-matter-in-the-458250688

Acquired by ESA’s Planck space telescope, the most detailed map ever created of the cosmic microwave background – the relic radiation from the Big Bang – was released today revealing the existence of features that challenge the foundations of our current understanding of the Universe.

The image is based on the initial 15.5 months of data from Planck and is the mission’s first all-sky picture of the oldest light in our Universe, imprinted on the sky when it was just 380 000 years old.

At that time, the young Universe was filled with a hot dense soup of interacting protons, electrons and photons at about 2700ºC. When the protons and electrons joined to form hydrogen atoms, the light was set free. As the Universe has expanded, this light today has been stretched out to microwave wavelengths, equivalent to a temperature of just 2.7 degrees above absolute zero.

This ‘cosmic microwave background’ – CMB – shows tiny temperature fluctuations that correspond to regions of slightly different densities at very early times, representing the seeds of all future structure: the stars and galaxies of today.

According to the standard model of cosmology, the fluctuations arose immediately after the Big Bang and were stretched to cosmologically large scales during a brief period of accelerated expansion known as inflation.

Planck was designed to map these fluctuations across the whole sky with greater resolution and sensitivity than ever before. By analysing the nature and distribution of the seeds in Planck’s CMB image, we can determine the composition and evolution of the Universe from its birth to the present day.

Planck’s anomalous sky

Overall, the information extracted from Planck’s new map provides an excellent confirmation of the standard model of cosmology at an unprecedented accuracy, setting a new benchmark in our manifest of the contents of the Universe.

But because precision of Planck’s map is so high, it also made it possible to reveal some peculiar unexplained features that may well require new physics to be understood.

“The extraordinary quality of Planck’s portrait of the infant Universe allows us to peel back its layers to the very foundations, revealing that our blueprint of the cosmos is far from complete. Such discoveries were made possible by the unique technologies developed for that purpose by European industry,” says Jean-Jacques Dordain, ESA’s Director General.

“Since the release of Planck’s first all-sky image in 2010, we have been carefully extracting and analysing all of the foreground emissions that lie between us and the Universe’s first light, revealing the cosmic microwave background in the greatest detail yet,” adds George Efstathiou of the University of Cambridge, UK.

One of the most surprising findings is that the fluctuations in the CMB temperatures at large angular scales do not match those predicted by the standard model – their signals are not as strong as expected from the smaller scale structure revealed by Planck.

Asymmetry and cold spot

Another is an asymmetry in the average temperatures on opposite hemispheres of the sky. This runs counter to the prediction made by the standard model that the Universe should be broadly similar in any direction we look.

Furthermore, a cold spot extends over a patch of sky that is much larger than expected.

The asymmetry and the cold spot had already been hinted at with Planck’s predecessor, NASA’s WMAP mission, but were largely ignored because of lingering doubts about their cosmic origin.

“The fact that Planck has made such a significant detection of these anomalies erases any doubts about their reality; it can no longer be said that they are artefacts of the measurements. They are real and we have to look for a credible explanation,” says Paolo Natoli of the University of Ferrara, Italy.

“Imagine investigating the foundations of a house and finding that parts of them are weak. You might not know whether the weaknesses will eventually topple the house, but you’d probably start looking for ways to reinforce it pretty quickly all the same,” adds François Bouchet of the Institut d’Astrophysique de Paris.

One way to explain the anomalies is to propose that the Universe is in fact not the same in all directions on a larger scale than we can observe. In this scenario, the light rays from the CMB may have taken a more complicated route through the Universe than previously understood, resulting in some of the unusual patterns observed today.

“Our ultimate goal would be to construct a new model that predicts the anomalies and links them together. But these are early days; so far, we don’t know whether this is possible and what type of new physics might be needed. And that’s exciting,” says Professor Efstathiou.

New cosmic recipe

Beyond the anomalies, however, the Planck data conform spectacularly well to the expectations of a rather simple model of the Universe, allowing scientists to extract the most refined values yet for its ingredients.
Normal matter that makes up stars and galaxies contributes just 4.9% of the mass/energy density of the Universe. Dark matter, which has thus far only been detected indirectly by its gravitational influence, makes up 26.8%, nearly a fifth more than the previous estimate.

Conversely, dark energy, a mysterious force thought to be responsible for accelerating the expansion of the Universe, accounts for less than previously thought.

Finally, the Planck data also set a new value for the rate at which the Universe is expanding today, known as the Hubble constant. At 67.15 kilometres per second per megaparsec, this is significantly less than the current standard value in astronomy. The data imply that the age of the Universe is 13.82 billion years.

“With the most accurate and detailed maps of the microwave sky ever made, Planck is painting a new picture of the Universe that is pushing us to the limits of understanding current cosmological theories,” says Jan Tauber, ESA’s Planck Project Scientist.

ddquo;We see an almost perfect fit to the standard model of cosmology, but with intriguing features that force us to rethink some of our basic assumptions.

“This is the beginning of a new journey and we expect that our continued analysis of Planck data will help shed light on this conundrum.”

«Об открытиях будем рассказывать раз в две недели»

Проректор МГУ Алексей Хохлов о том, почему МГУ начал публиковать новости о научных исследованиях, проводимых в стенах университета

Фотография: Владимир Родионов/ИТАР-ТАСС
20.03.2013, 10:06
Текст: Николай Подорванюк
Источник: http://www.gazeta.ru/science/2013/03/20_a_5057449.shtml

Проректор МГУ Алексей Хохлов

Об инициативе МГУ по популяризации научных работ, проводимых в стенах университета, и о том, как за рубежом ученые празднуют публикации в ведущих научных журналах, в интервью «Газете.Ru» рассказал проректор МГУ Алексей Хохлов.

— В феврале на сайте МГУ появилось следующее сообщение: «Мы начинаем публикацию на веб-сайте МГУ популярных заметок о недавних достижениях ученых МГУ, опубликованных в ведущих мировых научных журналах». Следом шел рассказ о статье, вышедшей незадолго до этого в журнале Nature Nanotechnology (одним из авторов этой статьи являетесь вы). Через две неделибыла опубликована следующая такая заметка. С какой регулярностью планируется выпускать подобные публикации?

— Вы затронули очень важную проблему: в современном обществе необходима популярная информация о достижениях науки. В полной мере это касается и тех работ, которые выполняются в МГУ. Поэтому мы начали программу публикации упомянутых вами популярных заметок. Они готовятся научным журналистом на основе результатов, недавно опубликованных сотрудниками МГУ в ведущих мировых научных журналах. При этом еще важно, чтобы об этих результатах можно было бы интересно рассказать на популярном уровне. Сейчас готовится третья такая заметка. Мы хотели бы осуществлять такие публикации примерно раз в две недели.

— Как сотрудники МГУ, которые стали авторами интересной, на их взгляд, научной работы, могут предложить эту работу в качестве темы для опубликования заметки на сайте МГУ? Куда им обращаться?

— Если статья опубликована в журнале из top 25% по импакт-фактору и, по мнению авторов, результаты не только важны, но еще и будут «смотреться» при их популярном изложении, можно написать об этом мне по электронной почте.

— Вы много общаетесь с зарубежными коллегами. Насколько для них престижно, когда их публикации приняты в журналы наподобие Nature? Как в заграничных университетах строят работу по популяризации своих научных результатов?

— Конечно, это очень престижно. Можно по-разному к этому относиться, но так устроена современная наука.

Публикации в журналах Nature и Science — это обычно предмет гордости авторов, о них пишутся заметки в университетских газетах, часто устраиваются банкеты по случаю выхода таких статей.

Что касается популяризации своих научных результатов, то очень многие ведущие ученые относятся к этому весьма серьезно. Я помню, что когда в 1990 году я впервые посетил один из университетов США, меня поразило, как ведущие профессора быстро и беспрекословно отменяют все свои дела ради беседы с журналистом вполне заштатной местной газеты. Когда я спросил, почему это так (для СССР это было совсем нехарактерно), я получил ответ, что налогоплательщики имеют право знать, что именно они финансируют. Не случайно и фестивали науки во многих странах уже проводятся более ста лет.

— Коль скоро речь зашла о фестивале науки, расскажите, что запланировано на этот год, какие мероприятия, сколько площадок и т. п.

— В этом году проходит Третий всероссийский фестиваль науки. Он стартовал еще зимой, в День российской науки, 8 февраля. В этот день в Москве и ряде городов России прошли анонсирующие фестиваль мероприятия. Так, в актовом зале Шуваловского корпуса МГУ состоялся Вечер популяризации науки, собравший более тысячи школьников и студентов. Перед ними выступили ректор Московского университета, академик В. А. Садовничий, рассказавший о фестивалях и о важности популяризации науки, и старший научный сотрудник ГАИШ МГУ, лауреат премии «Просветитель» В. Г. Сурдин с лекцией «Вместе — на Марс!». Несмотря на то что объявление об этом вечере мы разослали по интернету всего за несколько дней, был аншлаг и овация в конце. Я такого давно не видел на мероприятиях, связанных с наукой.

Первый фестиваль науки этого года уже прошел в Ульяновской области (08—14 февраля). На подходе фестивали в других регионах России.

Но основные события традиционно состоятся осенью. На этот раз выбраны три центра праздника:

— г. Москва — центральная площадка Всероссийского фестиваля науки на базе VIII Фестиваля науки в городе Москве (11—13 октября 2013 года);
— г. Курск — центральная региональная площадка Всероссийского фестиваля науки (04—06 октября 2013 года);
— г. Иркутск — центральная региональная площадка Сибирского федерального округа (время согласуется).

Одновременно фестивали будут проводить более 70 регионов страны.

VIII Фестиваль науки в городе Москве пройдет с 11 по 13 октября. События фестиваля в Москве будут проходить в течение трех дней на различных площадках столицы — на базе вузов, музеев, других научных организаций города Москвы. Всего запланировано более 2000 мероприятий на более чем 80 площадках Москвы. В каждом округе столицы будет работать своя окружная площадка. Центральных площадок московского фестиваля по традиции будет две: Фундаментальная библиотека МГУ с Шуваловским корпусом и Экспоцентр на Красной Пресне. Вход на все мероприятия фестиваля свободный.

Информация о мероприятиях фестиваля науки будет постепенно размещаться на сайте www.festivalnauki.ru. На данный момент на сайте можно посмотреть лекции фестиваля науки-2012, а также получить другую научно-популярную информацию.

— Прокомментируйте, пожалуйста, то, что МГУ занял 50-е место в британском рейтинге вузов. Возвращение в сотню — это успех? Или же, поскольку рейтинг чисто репутационный и не учитывает, к примеру, цитируемость, не стоит сильно заострять на показателях этого рейтинга внимание?
— Действительно, недавно было объявлено, что по результатам репутационного рейтинга Times Higher Education (THE) 2013 года МГУ занял пятидесятое место. В 2011 году было 33-е место, а в прошлом году МГУ не вошел в первую сотню этого рейтинга. Такие скачки могут только означать, что методика определения рейтинга пока находится в стадии отладки, ведь репутация университета — вещь довольно консервативная, и она не может сильно меняться от года к году.

В прошлом году по инициативе Виктора Антоновича Садовничего был проведен всесторонний анализ методики, используемой при составлении данного рейтинга, велась достаточно интенсивная переписка с THE. Точка зрения МГУ состояла в том, что если и задавать дополнительные вопросы респондентам, то они должны быть типа «взяли ли бы вы выпускника этого университета на работу в свою лабораторию», а не типа «рекомендовали бы вы своему студенту продолжить карьеру в этом университете». Ведь при ответе на вопросы второго типа всегда принимаются во внимание факторы, связанные не с самим университетом, а скорее с удобством жизни иностранца в данной стране.

В результате методика рейтинга THE 2013 года выглядела так: респонденту просто предлагается выбрать 15 лучших (по его мнению) университетов в мире и в своем регионе отдельно по науке и по обучению.

Затем полученные данные обрабатывались. В опросе 2013 года принимали участие более 16 тысяч респондентов из 144 стран. С этой точки зрения результаты данного рейтинга дают важный компонент — экспертную оценку университета мировым научно-образовательным сообществом. В дальнейшем эта экспертная оценка дополняется количественными показателями, и осенью выводится общий рейтинг.

Возвращаясь к вашему вопросу, моя личная оценка такова: по критерию «экспертное мнение научно-образовательного сообщества» МГУ, безусловно, должен быть в первой сотне и, скорее всего, повыше, чем на пятидесятом месте, особенно если речь идет о естественных науках и математике. Мне известна «изнутри» ситуация во многих зарубежных ведущих университетах, так что я знаю, о чем говорю. Но в целом результаты репутационного рейтинга THE 2013 года — успех для МГУ.

— Как вообще стоит относиться к международным рейтингам вузов? Могли бы вы прокомментировать статью А. В. Киташова, опубликованную в «Газете.Ru»?
— Мне эта статья понравилась, она посвящена обсуждению принципиальных вопросов, связанных с мировыми рейтингами университетов. Тезисно основные положения автора можно изложить следующим образом:

1. Любой рейтинг измеряет соответствие данного университета модели «идеального университета».
2. Модели идеального университета различны для разных стран, прежде всего для стран — «доноров умов» и стран — «акцепторов умов».
3. В частности, нам надо с большой осторожностью относиться к критерию «интернационализации» университетов, который сформулирован для стран — бенефициаров «утечки умов»: нам важно не число иностранных студентов и преподавателей, а их качество.

Мне кажется, что эти положения особенно актуальны в данный момент, поскольку к мировым рейтингам в нашей стране сейчас привлечено очень большое внимание, но преобладает их некритическое толкование без серьезного анализа. Конечно, статью А. В. Киташова не следует понимать как направленную против мировых университетских рейтингов вообще. Анализ результатов таких рейтингов позволяет четко увидеть многие слабые места наших университетов и наметить пути для исправления недостатков.

Но проводить такой анализ надо не механически, а с умом. Только тогда можно надеяться, что и намечаемые меры приведут к реальным улучшениям.

— Возвращаясь к цитируемости — скажите, пожалуйста, есть ли у вас данные о том, как с введением надбавок за публикации в высокорейтинговых журналах изменились показатели сотрудников Московского университета?
— Ох уж это наше нетерпение... Нужно понимать, что цитируемость — это очень комплексный и долговременный показатель научного авторитета. Если какая-либо научная группа решила опубликовать свой результат в высокорейтинговом научном журнале, то потребуется дополнительное время на подготовку понятного английского текста, вероятно, нужно будет провести некоторые дополнительные исследования, данные по которым могут попросить предоставить рецензенты, да и сама постановка задачи может претерпеть заметные изменения. При этом цитирование этой публикации тоже происходит не мгновенно, и максимум по цитированиям появляется в среднем через 2—3 года после выхода работы. Так что в любом случае положительные изменения могут проявиться не раньше чем через 3—4 года.

Среди объективных текущих показателей можно отметить рост общего числа публикаций сотрудников МГУ в базе данных Web of Science с 3652 в 2011 году до 3783 в 2012 году.

Впрочем, это укладывается в тенденцию по росту публикационной активности в среднем в мире, общемировой ежегодный объем публикаций увеличивается примерно на 5—10%. Но при этом нужно учесть, что это данные на середину марта 2013-го, а зачастую публикации попадают в Web of Science с опозданием вплоть до полугода от официальной даты публикации.

Nobel Prize

Кандидатские и докторские диссертации будут перед защитой обсуждать в интернете

Опубликовано 16-ого февраля 2013 в 14:33

Одной из мер по борьбе с диссертационным плагиатом станет открытое обсуждение в интернете работ за несколько месяцев до их защиты. Об этом в эфире радиостанции < Эхо Москвы> заявил глава Высшей аттестационной комиссии Владимир Филиппов.

<Мы сейчас в обязательном порядке введем некоторые очень серьезные меры по предварительному обсуждению диссертаций всем научным сообществом>, -- цитирует Филиппова РИА <Новости> .

По его словам, не только автореферат, но и полный текст диссертаций перед защитой будут размещаться в интернете. Он добавил, что работы на соискание степени кандидата наук будут вывешиваться в сети как минимум за месяц до защиты, а работы на соискание докторской степени -- за три месяца.

Филиппов также отметил, что при каждой диссертации будет создано <нечто вроде форума >для публикации замечаний по работе, которые затем должны рассматриваться в ходе защиты.

Президиум ВАК в пятницу проголосовал за лишение ученых степеней 11 фигурантов скандала с фальшивыми диссертациями, защитившихся в диссертационном совете по истории на базе МПГ.

Замминистра образования и науки Игорь Федюкин о скандале с диссертациями

Опубликовано 14 февраля 2013 в 19:26

Источник: http://lenta.ru/articles/2013/02/14/fedyukin/

Proof: Cosmic Rays Come from Exploding Stars
Particle Decay 'Smoking Gun' Settles Long Debate

Posted on February 14, 2013
Source: http://www6.slac.stanford.edu/news

Menlo Park, Calif. — A new study confirms what scientists have long suspected: Cosmic rays – energetic particles that pelt Earth from all directions – are born in the violent aftermath of supernovas, exploding stars throughout the galaxy.

A research team led by scientists at the Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology at the Department of Energy’s (DOE) SLAC National Accelerator Laboratory sifted through four years of data from NASA’s Fermi Gamma-ray Space Telescope to find the first unambiguous evidence of how cosmic rays are born.

Reporting in the Feb. 15 issue of Science, the team identified two ancient supernovas whose shock waves accelerated protons to nearly the speed of light, turning them into what we call cosmic rays. When these energetic protons collided with static protons in gas or dust they gave rise to gamma rays with distinctive signatures, giving scientists the smoking-gun evidence they needed to finally verify the cosmic-ray nurseries.

Protons make up 90 percent of the cosmic rays that hit Earth’s atmosphere, triggering showers of particles that reach the ground and creating radiation for air travelers. Scientists have theorized that two of the most likely sources for the protons are supernova explosions within our Milky Way galaxy and powerful jets of energy from black holes outside the galaxy. But in neither case had the necessary evidence been nailed down.

“The energies of these protons are far beyond what the most powerful particle colliders on Earth can produce,” said Stefan Funk, astrophysicist with the Kavli Institute and Stanford University, who led the analysis. “In the last century we’ve learned a lot about cosmic rays as they arrive here. We’ve even hadstrong suspicions about the source of their acceleration, but we haven’t had unambiguous evidence to back them up until recently.”

That’s because the positively charged protons are deflected by any magnetic field they encounter along the way, so tracing them back to their source is impossible. But researchers using Fermi’s main instrument, the Large Area Telescope, were able to approach the problem straight on through gamma-ray observations.

The supernova shock waves accelerate protons to cosmic-ray energies through a process known asFermi acceleration, in which the protons are trapped in the fast-moving shock region by magnetic fields. Collisions between the speeding protons and slower-moving protons, most often in surrounding clouds of dust or gas, can create particles called neutral pions. The pions, in turn, decay quickly into gamma-ray photons, the most energetic form of light. Unaffected by magnetic fields, the gamma rays travel in a straight line and can be traced back to their source. The gamma rays from this particular process come in a distinctive range of energies.

Fermi researchers analyzed data from two supernova remnants thousands of light years away. Both turned out to be strong sources of gamma rays, but not at energies below what neutral pion decay would produce – the observational proof scientists had been looking for.

“Until now, we had only theoretical calculations and common sense to guide us in the belief that cosmic rays were generated in supernova remnants,” said Jerry Ostriker, an astrophysicist from Columbia University who was not involved in the study. “The direct detection of pion-decay signatures in supernova remnants closes the loop and provides dramatic observational evidence for a significant component of cosmic rays."

As humans spend more time high up in and above the atmosphere, many questions remain to explain both the way cosmic rays affect life here on Earth, and the fundamental processes that control their origins and acceleration. "Astronauts have documented that they actually see flashes of light associated with cosmic rays," Funk noted. "It's one of the reasons I admire their bravery – the environment out there is really quite tough." The next step in this research, Funk added, is to understand the exact details of the acceleration mechanism and also the maximum energies to which supernova remnants can accelerate protons.

Kavli Institute Director Roger Blandford, who participated in the analysis, said, “It’s fitting that such a clear demonstration showing supernova remnants accelerate cosmic rays came as we celebrated the 100th anniversary of their discovery. It brings home how quickly our capabilities for discovery are advancing.”

The Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) is a joint institute of SLAC National Accelerator Laboratory and Stanford University. NASA's Goddard Space Flight Center manages the Fermi Gamma-ray Space Telescope astrophysics and particle physics research partnership. Fermi's Large Area Telescope (LAT) was designed and built by an international collaboration with members from France, Italy, Japan, Sweden and the United States. SLAC managed the construction and integration of the instrument and KIPAC leads the ongoing operation of the instrument.

SLAC is a multi-program laboratory exploring frontier questions in photon science, astrophysics, particle physics and accelerator research. Located in Menlo Park, California, SLAC is operated by Stanford University for the U.S. Department of Energy Office of Science. To learn more, please visitwww.slac.stanford.edu.

DOE’s Office of Science is the single largest supporter of basic research in the physical sciences in the United States, and is working to address some of the most pressing challenges of our time. For more information, please visit science.energy.gov.

From the Annals of the Impossible (Experimental Physics)

Posted on September 1, 2012 by Henning Dekant

Source: http://wavewatching.net/2012/09/01/from-the-annals-of-the-impossible-experimental-physics-edition/

Radioactive decay is supposed to be the ultimate random process, immutably governed by an element's half life and nothing else. There is no way to determine when a single radioactive atom will spontaneously decay, nor any way to speed-up or slow down the process. This iron clad certainty has always been the best argument of opponents to conventional nuclear fission power generation, as it means that the inevitable nuclear waste will have to be kept isolated from the biosphere for thousands of years (notwithstanding recent research attempts at stimulated transmutation of some of the longer lasting waste products.)

When plotting the activity of a radioactive sample you expect a graph like the following, a smooth decrease with slight, random variations .

Photons only slowly emerge from the Sun's core. Neutrinos just pass through once produced.

Detected activity of the 137Cs source. The first two points correspond to the beginning of data taking. Dotted lines represent a 0.1% deviation from the exponential trend. Residuals (lower panel) of the measured activity to the exponential fit. Error bars include statistical uncertainties and fluctuations.

(This graph stems from a measurement on the Beta decay of 137CS and was taken deep underground).

What you don't expect are variations that follow a discernible pattern in the decay rate of a radioactive element, nor any correlation with outside events. But this is exactly what Jere H. Jenkins et al. found:

Plot of measured 36Cl decays taken at the Ohio State University Research Reactor (OSURR). The crosses are the individual data points, and the blue line is an 11-point rolling average. The red curve is the inverse of the square of the Earth–Sun distance. (Error bars are only shown for a limited number of points).

And now this surprising result of the sun's influence has been corroborated.

The latest research was a collaboration of Stanford and Purdue University with the Geological Survey of Israel, rather reputable research power-houses that make these results difficult to dismiss. Their paper contains the following contour graph for the measured gamma decay during the day plotted over several years. When comparing this with the same kind of graph of the sun's inclination during the observed date range the correlation is quite obvious:

Gamma measurements as a function of date and time of day. The color-bar gives the power, S , of the observed signal (top).
Solar elevation as a function of date and time of day. The color-bar gives the power, S , of the observed signal (bottom).

There is a video talk on this phenomenon available online. It takes some patience to sit through, but gives a more complete picture in explaining how these observed patterns can be correlated to the the Sun's core activity with surprising accuracy.

The evidence for the reality of this effect is surprisingly good, and that is rather shocking. It does not fit into any established theory at this time.

Update and Forums Round-Up

This was the second blog post from this site that has been picked up on slashdot (this was the first one). Last time around WordPress could not handle the load (dubbed slashdot effect). Subsequently I installed the W3 Total Cache plug-in. So before getting back to the physics, I want to use this space to give them a big shout-out. If you operate a WordPress blog I can highly recommend this plug-in.

This article received almost 30,000 views over two days, the resulting discussions fleshed out some great additional information, but also highlighted what can be easily misread or misconstrued. Top of the list was the notion that this might undermine carbon dating. For all practical purposes, this can be categorically ruled out. For this to have a noticeable effect, this phenomenon would have to be much more pronounced. The proposed pattern is just slightly outside the error bars and only imposes a slight variation on top of the regular decay pattern. Archaeologists should not lose sleep over this. An unintended side-effect was that this attracted creationists. If you adhere to this belief please don't waste your time commenting here. This is a site dedicated to physics, and off-topic comments will be treated like spam and deleted.

Another source of confusion was the difference between induced radioactive reactions and spontaneous decay. The latter is what we are supposed to see when measuring the decay of a radioactive isotope in the lab and this is what these papers address. Induced transmution is what can be observed when matter is, for instance, irradiated with neutrons. This process is pretty well understood and happens as a side effect within nuclear reactors (or even a nuclear warhead before the fission chain reaction overwhelms all other neutron absorption). The treatment of nuclear waste with a neutron flux is what I hinted at in the last sentence of the first paragraph. This emerging technology is very exciting and merits its own article, but it is an entirely different story. The news buried in the papers discussed here is that there may be a yet unknown neutrino absorption reaction influencing decay rates that were believed to be only governed by the half-life time interval. At this point an inverse beta decay is known to exist, but the reaction rate is much smaller than what is required to explain the phenomenon that these papers claim.

The spontaneous decay of a radioactive isotope is regarded as the gold standard for randomness in computer science, and there are some products that rely on this (h/t toDennis Farr for picking up on this). I.e. if the decay rate of a lump of radioactive material is no longer governed by the simple function N (t)=N 02 −t/t 1/2 then the probability distribution that these random number generators rely on is no longer valid (the decay constant used in the distribution function at the link relates to the half-life time via t 1/2=ln 2 λ.

There were various thoughtful critical comments on the methodology and experimental set-up. The most prominent point that came up was the contention that this was essentially the outcome of data-mining for patterns and then hand-picking results that showed some discernible patterns. Ironically, this approach is exactly the kind of data processing that spawned a billion dollar industry catering to the commercial Business Intelligence market. To me, this actually looks like a pretty smart approach to get some more mileage out of old data series (assuming the authors didn't discard results detrimentally opposed to their hypothesis). The downside of this is the lack of information on the care that went into collecting this data in the first place. I.e. it was repeatedly pointed out that experimenters should run a control to capture the background radiation and needed to understand and control for the environmental impact on their measuring devices. Relying on third party data means also relying on the reputation of the researchers who conducted the original experiments.

When the original claims were made they triggered follow-up research. Some of it was inconclusive, some of it contradicted the findings and a measurement performed on the Cassini probe's 238Pu thermonuclear fuel clearly ruled out any sun-distance related influence on that alpha emitter.

Inevitably with controversial results like this the old moniker that "extraordinary claims require extraordinary proof" is repeatedly dragged out.

I always thought this statment was cut off a bit short and should really read: "Extraordinary claims require extraordinary proof and merit extraordinary attention."

Because without the latter, sufficient proof may never be acquired even if it is out there. The experiments required to test this further are not expensive. An easy way to rule out seasonality it to perfom these measurements closer to the equator or have them performed at the same time in a north and south American lab as one slashdot poster suggested.

Ultimately, a Beta emitter measurement on another space probe could lay this to rest and help to conclusively determine if this is a real effect. It would be very exciting if this can be confirmed but it is certainly not settled at this point.

What Could 3D Printing Mean for the Supply Chain?

Published January 9th, 2013 by Andrew Bell

As much as I’d love to be able to deny it, the truth is that I’m a closet “Treky”. For me, it was the Captain Picard and “The Next Generation”. One thing about the Star Trek franchise was that they actually did a pretty good job of predicting the future. I remember thinking at the time that if there was one piece of fictional technology that I would like to become reality it was the replicator. But at the time, and even as recently as a couple of years ago, that didn’t seem like a possibility. But as with other aspects of the show, it looks like they may have predicted the future correctly again. While I may not be requesting a sandwich from my home replicator any time soon, 3D (3 Dimensional) printing has turned an idea that was completely fictional into an achievable reality. And with the recent announcement from Staples that they will start rolling out 3D printing services at their stores, that reality is becoming even more attainable.

3D printing was originally conceived as a way to more easily and quickly produce prototypes. One could argue that the technology is an evolution of the well-known ink-jet printer. With ink-jet printers, a very small stream of ink is sprayed onto paper to produce a printout. 3D printers operate in a similar manner, however instead of ink, they spray a small amount of basic materials such as plastics, ceramics, or metal one layer at a time, over and over again to eventually produce the end product. A detailed CAD (computer aided design) file is all that is needed to provide the printer with the instructions needed to produce the product. This technology clearly has the potential to completely revolutionize the manufacturing industry, and thus the supply chain industry.

With that in mind, I inevitably have to replace my “Treky” hat with my “Product Manager” hat and start thinking about what effect this new reality will have on the classic supply chain. 3D printing has the potential to completely change (notice I said change, not replace) the model we know (and love?) today. So change is inevitable, the question that we need to answer is how will it change?

One thing is for sure, the supply chain isn’t going away. As usual, it will likely just get more complicated. Here are some of the areas that I propose will influence the supply chain as 3D printing becomes more and more mainstream, and I’m sure there are many more.

Local Manufacturing – More things will be made closer to their final destination. This will have definite impact on the logistics industry, and will change the way business try and schedule their operations.
Customizability – It will be easier, faster, and more efficient for companies to provide made-to-order products to their end users.
Distribution of raw materials – There will need to be a dramatic shift in the way raw materials
are distributed since these printers will require raw materials in order to produce the final product.
New replacement parts model – Business will be able to provide replacement parts as required instead of trying to predict the need and manufacture the stock well in advance (as they do today)
Blurred boundaries within businesses – A closer integration of the various departments of an organization will be mandatory. A siloed manufacturing department will no longer allow for a competitive business.

My predictions may be right, or they may be wrong, but one thing I think all will agree on is that 3D printing will make the supply chain more complex and more difficult to manage. The companies that succeed through this transition will be the ones that adapt early and leverage the tools they need in order to manage this more complex supply chain. These tools will need to allow for tighter integration with all aspects of business from S&OP to Project Management to collaboration amongst suppliers and customers. Better visibility of the supply chain will be mandatory in order to understand how it is changing. But even more important will be the ability to analyze options and make proactive decisions based on the real data.

The thought that someday I could be printing out my new pair of skis in the comfort of my own home is pretty amazing. If business embrace the transition and leverage the tools to manage this new supply chain reality, that day may be sooner then we think.

Galaxy's Gamma-Ray Flares Erupted Far From its Black Hole

01.07.13
Source: http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/aas-flares.html

In 2011, a months-long blast of energy launched by an enormous black hole almost 11 billion years ago swept past Earth. Using a combination of data from NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope and the National Science Foundation's Very Long Baseline Array (VLBA), the world's largest radio telescope, astronomers have zeroed in on the source of this ancient outburst.

Theorists expect gamma-ray outbursts occur only in close proximity to a galaxy's central black hole, the powerhouse ultimately responsible for the activity. A few rare observations suggested this is not the case.

The 2011 flares from a galaxy known as 4C +71.07 now give astronomers the clearest and most distant evidence that the theory still needs some work. The gamma-ray emission originated about 70 light-years away from the galaxy's central black hole.

Prior to its strong outbursts in 2011, blazar 4C +71.07 was a weak source for Fermi’s LAT. These images centered on 4C +71.07 show the rate at which the LAT detected gamma rays with energies above 100 million electron volts; lighter colors equal higher rates. The image at left covers 2.5 years, from the start of Fermi’s mission to 2011. The image at right shows 10 weeks of activity in late 2011, when 4C +71.07 produced its strongest outburst. A more frequently active blazar, S5 0716+71, appears in both images.
Credit: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration
› Larger image
› Larger image (unlabeled)

The 4C +71.07 galaxy was discovered as a source of strong radio emission in the 1960s. NASA's Compton Gamma-Ray Observatory, which operated in the 1990s, detected high-energy flares, but the galaxy was quiet during Fermi's first two and a half years in orbit.

In early November 2011, at the height of the outburst, the galaxy was more than 10,000 times brighter than the combined luminosity of all of the stars in our Milky Way galaxy.

"This renewed activity came after a long slumber, and that's important because it allows us to explicitly link the gamma-ray flares to the rising emission observed by radio telescopes," said David Thompson, a Fermi deputy project scientist at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md.

Located in the constellation Ursa Major, 4C +71.07 is so far away that its light takes 10.6 billion years to reach Earth. Astronomers are seeing this galaxy as it existed when the universe was less than one-fourth of its present age.

The Very Long Baseline Array is a system of ten radio telescopes spanning 5,500 miles that work together as the world's largest dedicated astronomical instrument. Each station consists of an 82-foot-diameter, 240-ton dish antenna and an adjacent control building.
Credit: NASA's Goddard Space Flight Center
› Larger image
› Larger image (no labels)

At the galaxy's core lies a supersized black hole weighing 2.6 billion times the sun's mass. Some of the matter falling toward the black hole becomes accelerated outward at almost the speed of light, creating dual particle jets blasting in opposite directions. One jet happens to point almost directly toward Earth. This characteristic makes 4C +71.07 a blazar, a classification that includes some of the brightest gamma-ray sources in the sky.

Boston University astronomers Alan Marscher and Svetlana Jorstad routinely monitor 4C +71.07 along with dozens of other blazars using several facilities, including the VLBA.

The instrument's 10 radio telescopes span North America, from Hawaii to St. Croix in the U.S. Virgin Islands, and possess the resolving power of a single radio dish more than 5,300 miles across when their signals are combined. As a result, The VLBA resolves detail about a million times smaller than Fermi's Large Area Telescope (LAT) and 1,000 times smaller than NASA's Hubble Space Telescope.

In autumn 2011, the VLBA images revealed a bright knot that appeared to move outward at a speed 20 times faster than light.

"Although this apparent speed was an illusion caused by actual motion almost directly toward us at 99.87 percent the speed of light, this knot was the key to determining the location where the gamma-rays were produced in the black hole's jet," said Marscher, who presented the findings Monday, Jan. 7, at the American Astronomical Society meeting in Long Beach, Calif.

VLBA and Fermi provided complementary observations of the blazar outburst.

Top: During the most intense episode of gamma-ray flaring, VLBA radio maps and polarization measurements, among other observations, linked a bright knot in the jet of 4C +71.07 to variations in brightness in visible and gamma-ray light. The knot appeared to move outward at 20 times the speed of light, an illusion caused by motion almost directly toward us at 99.87 percent the speed of light.

Bottom: The rise and fall of the blazar's gamma-ray brightness as recorded by Fermi's LAT in late 2011 and early 2012.

Credit: NASA's Goddard Space Flight Center/A. Marscher and S.Jorstad (BU)
› Larger image

The knot passed through a bright stationary feature of the jet, which the astronomers refer to as its radio "core," on April 9, 2011. This occurred within days of Fermi's detection of renewed gamma-ray flaring in the blazar. Marscher and Jorstad noted that the blazar brightened at visible wavelengths in step with the higher-energy emission.

During the most intense period of flaring, from October 2011 to January 2012, the scientists found the polarization direction of the blazar's visible light rotated in the same manner as radio emissions from the knot. They concluded the knot was responsible for the visible and the gamma-ray light, which varied in sync.

This association allowed the researchers to pinpoint the location of the gamma-ray outburst to about 70 light-years from the black hole.

The astronomers think that the gamma rays were produced when electrons moving near the speed of light within the jet collided with visible and infrared light originating outside of the jet. Such a collision can kick the light up to much higher energies, a process known as inverse-Compton scattering.

The source of the lower-energy light is unclear at the moment. The researchers speculate the source may be an outer, slow-moving sheath that surrounds the jet. Nicholas MacDonald, a graduate student at Boston University, is investigating how the gamma-ray brightness should change in this scenario to compare with observations. "The VLBA is the only instrument that can bring us images from so near the edge of a young supermassive black hole, and Fermi's LAT is the only instrument that can see the highest-energy light from the galaxy's jet," said Jorstad.

NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope is an astrophysics and particle physics partnership. Fermi is managed by NASA's Goddard Space Flight Center. It was developed in collaboration with the U.S. Department of Energy, with contributions from academic institutions and partners in France, Germany, Italy, Japan, Sweden and the United States.

The VLBA is operated by the National Radio Astronomy Observatory, a facility of the National Science Foundation operated under cooperative agreement by Associated Universities, Inc.

"Khebr" laser technological complex, which is unique with its
power is launched in AANL .

On 15th October in A. Alikhanian National Scientific Laboratory the work on "Khebr -1 A" was completed. Laser technological complex with laser power of 1000 W has put into operation. The complex was funded by British Nuclear Nonproliferation program (CNCP) . In laboratory infrastructure a special industrial area was set up, where it is possible to explore the whole facilities of the complex: to design and make technically difficult samples, laser cutting, welding, surfacing, etc. This complex provides still unavailable high-accuracy machining in the sphere of food processing, printing, modeling, stone processing and in other spheres. It will help to create industrial samples entrepreneurs basing on scientific and innovative research.

Scope of use:

Treatment of metals
Laser cutting
Welding
Surfacing

The complex consists of:

Modern digital control software system (analog FANUK-0)
Three-axis table with the transportation system of the laser beam and the optical head for cutting
CO2 laser source power of 1300 W and 2000 W
Power supply cabinet
Laser mount system
Optical head for cutting / welding
Non-contact tracking system along the axis of "Z"

Table 1: Maximum cut thickness

Materials	Maximum thickness, mm
Carbon steel	10
Stainless steel	8
Ak, Cu and their alloys 2	2
Wood	30
Organic glass	40
Ceramic tile	6
Multilayer leather	30
Textolite	15
Mikaleks	6

The maximum size of prepared parts is 1000x2000 mm. Maximum processing speed is 4 m / min. Equipment is made in Bulgaria

Սույն թվականի հոկտեմբերի Ա. Ալիխանյանի անվան Ազգային Գիտական Լաբորատորիայում գործարկվել է 1000 Վտ հզորությամբ «Խեբր» տեխնոլոգիական լազերային համալիրը: Համալիրի մոնտաժային աշխատանքները ավարտվել են հոկտեմբերին CNCP միջազգային կազմակերպության դրամաշնորհի շրջանակներում: Լաբորատորիայի ենթակառուցվածքում ստեղծվել է հատուկ աշխատանքային տեղամաս, որտեղ հնարավոր է ամբողջովին օգտագործել գործող համալիրի հնարավորությունները` իրականացնեցնել տեխնիկապես բարդ ձեվվածքների մշակում, դետալների լազերային հատում, զոդում, ձուլակցում և այլն:

Տեխնոլոգիական լազերային «Խեբր» համալիրը համալրված է ժամանակակից թվային ծրագրային կառավարման համակարգով` նախատեսված հարթ և ռոտացիոն դետալների ճշգրիտ մշակման համար:
Կիրառության ոլորտները.

Լազերային կտրում
Զոդում
Ջերմամշակում
Ձուլակցում

Համալիրը կազմված է.

Ժամանակակից թվային ծրագրային կառավարման համակարգից- ЕТА 17 (նմանօրինակ FANUK-0)
Լազերային լույսի և օպտիկական գլխիկի փոխադրման սեղանից` երեք կորդինատանոց համակարգով
СО2 լազերային աղբյուրից 1300 Վտ հզորությամբ
Էլեկտրամատակարարման տուփից
Լազերային լույսի փոխադրման համակարգից
Օպտիկական գլխիկից կտրման և զոդման համար
Առանց հպման վերահսկողության համակարգից ( "Z" առանցքով հեռավորությունը պահպանելու համար )

Աղյուսակ 1: Կտրման առավելագույն հաստությունը

Նյութեր	Առավելագույն հաստություն /մմ-ով/
Ածխածնային պողպատ	10
Չժանգոտվող պողպատ	8
AL,Cu և նրանց համաձուլվածքները	2
Փայտ	30
Օրգանական ապակի	40
Կերամիկական սալիկներ	6
Բազմաշերտ կաշի	30
Տեքստոլիտ	15
Միկալեքս	6

Մշակվող դետալների առավելագույն չափերը 1000x2000 մմ են : Մշակման առավելագույն արագությունը 4 մ/ր է : Սարքավորումը արտադրված է Բուլղարիայում:

Корпорация IBM объявила сегодня о достижении, которое делает возможным практическое использование оптических линий связи вместо электрических проводников в компьютерных системах.

Фрагмент микрочипа IBM: синим цветом обозначены каналы оптической передачи данных, жёлтым — медные проводники для пересылки электрических сигналов. (Изображение разработчиков.)

Планируется, что оптические каналы в перспективе заменят традиционные проводники из меди. Такие линии обеспечат намного более высокую пропускную способность, нежели современные интерфейсы, позволят сэкономить место внутри корпусов конечных устройств, а также снизить производственные издержки.

Оптическая коммуникационная «система на чипе» предполагает использование трёх основных компонентов: модулятора, преобразующего электрические сигналы в световые импульсы, собственно оптической линии связи и декодирующего устройства, формирующего электрический сигнал на основе полученных световых импульсов.

Специалисты IBM отрапортовали о прорыве в «кремниевой нанофотонике»: им удалось разместить на одном кремниевом чипе электрические цепи и компоненты, необходимые для оптической передачи данных: блок WDM (мультиплексирование с разделением по длине волны), модуляторы и детекторы.

При изготовлении чипа использовалась модернизированная производственная линия по выпуску КМОП-микросхем по 90-нанометровой технологии. Методика нанофотоники IBM делает возможным производство оптических приёмопередатчиков, обеспечивающих пропускную способность до 25 Гбит/с на канал. По одному оптоволоконному соединению при этом может передаваться несколько потоков информации.

Предполагается, что поначалу новая технология найдёт применение в центрах обработки данных, суперкомпьютерных системах и корпоративных сетях. Более подробно о результатах работы IBM можно узнать здесь.

Подготовлено по материалам IBM.

Исследование гамма-всплесков не поддержало теорию суперструн

Источник: http://science.compulenta.ru
10 декабря 2012 года, 19:44 | Текст: Александр Березин

Кенджи Тома (Kenji Toma) из Осакского университета и Шинджи Мукохияма (Shinji Mukohyama) изИнститута физики и математики Вселенной Токийского университета (оба — Япония) вместе с коллегами провели анализ фотонной поляризации трёх удалённых гамма-вспышек, зарегистрированных космическим аппаратом с солнечным парусом IKAROS, на борту которого есть поляриметр гамма-вспышек.

Гамма-всплески — довольно редкие события, связываемые с коллапсом вещества обычной массивной звезды в нейтронную звезду или чёрную дыру. Энергия их необычайно велика — к примеру, равна энергии, излучаемой Солнцем за 10 млрд лет, то есть за всю жизнь светила, включая ту, что только предстоит. Поляризация, которую удалось с беспрецедентной точность измерить японцам, знакома любому посетителю так называемого 3D-кинотеатра. Там при помощи поляризованных очков вы видите наложение двух изображений, содержащих сходную «картинку» с разной поляризацией.

IKAROS, запущенный в 2010 году, помог протестировать не только полёты с солнечным парусом, но и ряд физических теорий. (Иллюстрация JAXA.)

CPT-инвариантности— фундаментальной симметрии физических законов при преобразованиях, включающих одновременную инверсию заряда, чётности и времени. Именно CPT-инвариантность, предполагающая, что между частицами и античастицами есть строгое равенство массы и магнитного момента, считается фундаментальным качеством физических законов. И именно её теория суперструн считает неверной на очень малых расстояниях, где такая симметрия свойств частиц и античастиц должна нарушаться, как уверяют нас сторонники этой гипотезы.

Гамма-всплеск, как считается, генерируется именно так: в ходе коллапса массивной звезды в нейтронную или даже ЧД. (Иллюстрация NASA.)

«Полученный результат накладывает фундаментальные ограничения на квантовую гравитацию — теорию-мечту, объединяющую эйнштейновскую теорию гравитации и квантовую теорию», — полагает Кенджи Тома. Отметим, что не только теория суперструн, но и петлевая квантовая гравитацияпринципиально зависят от существования предсказываемого ими, но пока не обнаруженного экспериментально нарушения CPT-инвариантности.

Новые данные, свидетельствующие о линейной поляризации фотонов гамма-всплесков, накладывают на нарушение СРТ-инвариантности ограничения в 1015 на миллион. Хотя ряд предыдущих наземных экспериментов уже накладывал такого рода ограничения, они были на восемь порядков менее строгими, что давало не много в смысле доказательности: отсутствие нарушения было показано только для величин, очень далёких от планковской длины, а именно на её масштабах, как считается, должны проявляться как струны, так и нарушение СРТ-инвариантности. Новый же результат, по всей видимости, заставит пересмотреть параметры струнных теорий в целом.
Отчёт об исследовании вскоре выйдет в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

display: inline ! important; float: none">Подготовлено по материалам Института физики и математики Вселенной Токийского университета.

Суп из гвоздя

30.11.2012
http://www.lenta.ru/articles/2012/11/30/koonin/

Реликтовое излучение как один из аргументов существания Мультивселенной. ИзображениеPhOtOnQuAnTiQuE

Один из ведущих мировых специалистов по происхождению жизни и самый цитируемый биолог российского происхождения Евгений Кунин опубликовал книгу, в которой утверждает, что генетический код возник случайно, а объяснение возникновения жизни невозможно без привлечения антропного принципа. Научные работы Кунина не раз попадалив рубрику "Прогресс", поэтому "Лента.ру" решила поговорить с ним об эволюции, случайности и Мультивселенной.

"Лента.ру": Вы занимаетесь сравнительной геномикой. Поясните, пожалуйста, что это за область науки и чем она отличается от биоинформатики и системной биологии?

Евгений Кунин: Это действительно очень разные сферы научной деятельности. Если их представить в виде круговдиаграммы Венна, то они будут существенно между собой пересекаться, но и иметь существенные уникальные части.

Что такое сравнительная геномика? В более-менее узком смысле это, разумеется, сравнение структуры геномов и обнаружение в них консервативных и вариабельных участков. Она подразумевает попытки сделать выводы из их устройства и организации, анализ уровня консервативности и расчет скорости эволюции, который они претерпевают, и так далее и тому подобное. На следующем этапе это ведет к реконструкции процесса эволюции и пониманию того, как все произошло.

Евгений Кунин. Фото с личной страницы Вконтакте.

Что такое биоинформатика? Я это слово ужасно не люблю, но против течения не пойдешь. Биоинформатика - это не область науки как таковая, а некая совокупность компьютерных методов и алгоритмов, которые используются для обработки, грубо говоря, любых биологических данных. Если я буду, скажем, обрабатывать биологическую литературу, извлекать из нее какие-то ключевые слова и проводить кластеризацию статей, то это тоже в некотором смысле будет считаться биоинформатикой. Исследование каких-нибудь электронных микрофотографий и их сравнение, изобретение алгоритмов для хранения больших объемов информации - это тоже биоинформатика, это все необходимо. Но это ни в коем случае не сравнительная геномика и не системная биология.

Биоинформатика это не область науки как таковой, это совокупность методов и подходов.

А что такое системная биология? Что-то наподобие проекта ENCODE?

Вообще говоря, что такое системная биология, не знает никто. Оглядываясь назад, кажется, что такого термина, наверное, лучше было бы вообще не придумывать. Но его придумали, и он уже укоренился.

Что включает в себя ENCODE? С одной стороны, он подразумевает сравнение геномов, но с другой стороны, что еще важнее, он включает в себя то, что можно назвать чудовищным русским словом "транскриптомика" - то есть максимально полное исследование всех транскриптов генома, которое стало возможным благодаря современным технологиям секвенирования (определения последовательностей нуклеиновых кислот). В узком смысле это уже не геномика, а как бы то, что вы можете назвать системной биологией.

За словами "системная биология" обычно стоит идея о том, что нужно изучать организм, клетку или клетку с вирусом как некую систему в целом. Но как именно это сделать, никто на самом деле не понимает. Таким образом, реально под этот зонтик попадают широкомасштабные (high throughput) исследования чего-либо и комбинации таких исследований. Например, исследование полного транскриптома - всех матричных РНК в клетке. То, что стало частью проекта ENCODE. Или исследование протеома - всех существующих в клетке белков вместе со всеми их модификациями. Пока существующая Системная биология подразумевает не столько исследования каких-то биологических систем, сколько подробное описание их частей. Хотя, конечно, на основании полученных таким образом данных уже можно строить какие-то модели, но это другой вопрос.

Мне казалось, что термин "системная биология", в общем, был придуман для того, чтобы как-то назвать работы, в которых исследователи, например, пытаются моделировать работу единичной клетки.

Возможно. Скорее всего так и есть. Но если посмотреть в денежном эквиваленте, то реальность современной системной биологии заключается в том, что прямые попытки моделировать функционирование клеток, тканей, органов, чего угодно, поглощают лишь ничтожную долю денег. А львиная их доля идет на исследования, которые можно рассматривать только как подготовительные этапы для этого моделирования. Так что здесь имеет место некоторый дисбаланс, который, может быть, через какое-то время будет ликвидирован, когда такое моделирование работы клетки станет более реалистичным.

Этим летом "Лента.ру" писала про работу, в которой, по утверждению авторов, была создана самая подробная модель единичной клетки. В ней рассчитывались процессы на уровне отдельных генов и ферментов. Сейчас, в 2012 году, подобные модели - всего лишь игрушки или они имеют какое-то отношение к реальности?

Я не желаю никого обижать, но, с моей точки зрения, пока это - детский конструктор. Утверждается, что такие модели необходимы для понимания того, как это все работает. Но если вы не можете предсказуемым образом ими манипулировать, то это пустые слова. Чтобы научиться делать такие модели, все-таки должно пройти еще несколько лет.

Ведут ли к этому “храму” те конкретные подходы, которые используются в этой статье, я не знаю, это не совсем моя область. На сегодняшний день эти модели нереалистичны, и утверждать противоположное - все-таки некоторая спекуляция. Но, несомненно, что-то подобное делать надо.

Плюс таких работ в том, что они идут в направлении какой-то систематизации и формализации в биологии. Потому что сейчас идет просто шквал статей, количество данных все увеличивается, и что-то понять в них даже специалисту очень сложно. При этом вспоминается манифест Юрия Лазебника, в котором он показывает, что пока биологи используют тот описательный язык, на котором они сейчас разговаривают, невозможно не то что в клетке разобраться, но даже в устройстве радиомагнитолы.

Я с большим сочувствием отношусь к подобным вещам, даже пытаюсь что-то делать в этом направлении, но смотрю на это (несколько перефразируя Эйнштейна) так: да, нужно пытаться формализовать буквально все, что можно формализовать разумно, но не более того.

К тому же формализовать тоже можно по-разному. Мы ведь можем построить разумную физическую модель, а можем действовать по принципу "черного ящика". Это гораздо менее интересно, на мой взгляд.

Понятно. Давайте вернемся к геномике. Несколько лет назад исполнилось 150 лет книге Дарвина "О происхождении видов...", 50 лет завершению консолидации синтетической теории эволюции и 15 лет первому сравнению полных геномов. За это время, как я понимаю, теория эволюции очень сильно изменилась. В каком-то смысле, она как живой организм - полностью изменилась по частям, но в целом осталась неизменной. Что за эти 150 лет от теории Дарвина "отвалилось", а что все-таки осталось?

Первый набросок дерева жизни Чарльза Дарвина. Нажмите, чтобы увеличить.

Видите ли, в чем дело. От теории Дарвина почти ничего "не отвалилось". К ней, конечно, добавилось огромное количество других идей и представлений. Неизменным в строгом смысле слова в ней не могло остаться ничего, по причине того, что Дарвин не имел правильного представления о генетике. Это абсолютно не в упрек ему, но так было. Поэтому, в прямом смысле слова, ничто в теории эволюции не могло остаться неизменным.

Дарвин был гениальным человеком именно потому, что ему удалось построить некую осмысленную конструкцию в виде воздушного замка. Фундамента у него не было никакого, и тем не менее он сумел понять, что в сущности самое главное и единственно важное в жизни - это "descent with modification", наследование с изменением.

В сущности, все дело в жизни заключается именно в том, что информация передается в поколениях с достаточной точностью. Я немножко модернизирую, но в сущности, именно это написано где-то в сердцевине дарвиновской книги.

Это означает, что основная информация об устройстве организма передается из поколения в поколение с достаточной точностью, так, что изменения не разрушают ее основу. В то же время, эти изменения происходят достаточно часто, чтобы на них могло действовать то, что Дарвин назвал естественным отбором. Важно подчеркнуть, что естественный отбор не есть какой-то особый феномен. Это нечто, что возникает из наследования с изменением совершенно автоматически. И Дарвину это было в целом понятно.

Хотя он и не знал того, на чем это было основано.

Я об этом и говорю, в этом его особая гениальность. Он совершенно не знал, на чем основана наследственность, он просто понимал, что иначе быть не может, и понимал это правильно. И этот принцип остался в основе понимания и никуда уйти не может, потому что он неизбежен. И, по видимому, является основой всякой жизни. Если когда-нибудь найдут другую жизнь, то в ее основе будет лежать то же самое.

Вообще, современную эволюционную биологию я представляю себе как суп из гвоздя: да, без гвоздя, конечно, никакого супа бы не было, но в основном там другое.

Просто мне казалось, что самое главное, что произошло с самой сердцевиной дарвиновского учения с тех пор, как появилась сравнительная геномика, - это перенос центра тяжести от адаптации к случайности. К тому, что авторы синтетической теории эволюции в 60-е совершенно отбросили.

Титульный лист "Происхождения видов"

Скажем аккуратно: они отбросили всякую роль случайности в чем-либо, кроме возникновения мутаций. Всю роль случайности они отвели возникновению мутаций. Действительно, если выделять один главный аспект тех изменений, которые произошли с теорией эволюции, то это, видимо, именно так. Выражаясь языком физики, которым я люблю выражаться, мы сменили нулевую гипотезу. Теперь она состоит в том, что по умолчанию любые изменения, которые фиксируются в эволюции, являются изменениями нейтральными, что какую-либо адаптационную ценность любых изменений следует доказывать. Пожалуй, это действительно самое главное, что случилось. Но, как вы понимаете, любые суждения о самом главном являются субъективными, и случилось много других важных вещей.

Я думаю, что другая вещь, которая является не менее важной для понимания эволюции, состоит в следующем. Мы, биологи, открыли мир микробов, в том числе вирусов. Дарвин о них в каком-либо содержательном смысле не знал. Он знал, что что-то такое есть, но совершенно не учитывал этот мир в своей картине эволюции. Точно так же, как и авторы синтетической теории эволюции.

И это открытие мира микробов повлияло на теорию эволюции крайне радикально. Во-первых, мы теперь знаем, что эти организмы эволюционируют существенно иным путем. Не полностью иным, наследование с изменением, конечно же здесь тоже присутствует. Но у них совершенно иная динамика эволюции. И второе - ими абсолютно нельзя пренебрегать, рассматривая эволюцию каких-либо организмов. Это тоже исключительно важное понимание, которого совершенно не было ни у Дарвина, ни у каких-либо авторов синтетической теории эволюции.

Все эти замечательные люди свои модели и принципы применяли только к животным и растениям, а это очень маленькая часть биологического разнообразия.

То есть и представление о древе жизни, как его понимал Дарвин, теперь очень сильно изменилось?

Конечно же, абсолютно изменилось. И более того, в математическом смысле оно перестало быть каким-либо древом. В математике древо - это все-таки двоично разветвляющийся граф, ну или хотя бы направленный ациклический граф, - то есть несколько его ветвей могут выходить буквально из одной математической точки.

Антропоцентричное древо жизни Геккеля.

Но мы ведь теперь понимаем, и я думаю, что это оспаривать не стоит, что ядерные организмы возникли в результате симбиоза двух клеток. И таким образом, выражаясь языком теории графов, в нашем дереве возникает цикл, а значит это никакое не древо. Более того, этот симбиоз был не единственным, как вы тоже отлично знаете. Растения, например, стали растениями в результате приобретения хлоропласта. Зачем далеко ходить? Практически все насекомые несут в себе внутриклеточные симбиотические бактерии, во многих случаях они являются совершенно необходимыми для существования этих организмов. Все представление о топологии этого "дерева" изменилось.

То есть вы хотите сказать, что и для растений с животными теперь картина тоже изменилась?

Давайте я просто скажу вам банальную вещь. Геном млекопитающих приблизительно на 2/3 состоит из остатков вирусных геномов. А геном растений, например кукурузы, на все 90 процентов. Не учитывать этот факт и при этом рассматривать их эволюцию, мягко говоря, означает рассматривать ее неполнo.

Что же теперь должно быть на соответствующей страничке "Происхождения жизни" вместо этой знаменитой картинки?

Это должна быть некая сеть обмена генами, геномами, слияния геномов и так далее, из которой местами действительно вырастают древовидные образования.

Нет ли такой границы в этой картине, где можно было бы сказать: вот здесь кончается сеть и начинается дерево? Или такая постановка вопроса бессмысленна?

Да нет, осмысленна. Просто таких мест много, и они расположены в разных частях живого. Например, я сомневаюсь, что можно построить осмысленное однозначно разрешенное дерево всех ядерных организмов. Можно, конечно, построить древо жизни для некоторых растений или животных, но необходимо понимать, что это все-таки терминальные ветви.

Точно так же можно строить деревья эволюции гриппа за последние сто лет. Все это очень хорошо отражает эволюцию, но когда мы уходим глубже, например, пытаемся построить дерево эволюции всех бактерий, это уже мало осмысленно.

Я так понимаю, в практическом плане это выглядит так: если строить дерево например, сначала по последовательности рибосомальной РНК, мы получаем одну топологию эволюционного дерева. Если по другой последовательности (тоже очень важной, например, последовательности аминоацил-тРНК-синтетазы), то получается совершенно иная топология. Получается, что невозможно поймать "корень" этого дерева, получается, что на каком-то этапе существовал целый пул генов, которыми все совершенно свободно обменивались.

Вы все хорошо говорите, я бы только не стал употреблять слова "совершенно", так как при совершенно свободном обмене вообще нельзя говорить об организмах. Пул генов действительно существовал и существует до сих пор. Он разделен барьерами, которые в разной степени проницаемы для разных генов.

Строматолиты - древнейшие свидетели жизни. Это ископаемые остатки матов цианобактерий. Фото Captain Tenneal

Но если нельзя найти этот корень, просто по причине того, что его не было, - это ведь не означает, что с помощью сравнительной геномики нельзя заглянуть в историю жизни на глубину, где существовал этот пул? Понятно, что это гораздо глубже, чем любые палеонтологические данные.

Вообще, имеются ведь всякие трансформированные породы и следы жизни возрастом порядка трех миллиардов лет. Так что какие-то аспекты того, что происходило в те времена, можно увидеть и в палеонтологической летописи. Очень сложно увидеть непосредственно организмы и нельзя рассмотреть, какими они были изнутри, но какие-то следы найти можно.

Что касается сравнительной геномики, то заглянуть она действительно может очень далеко. А именно - глубже общего предка всех существующих организмов. Вопрос в том, что она там может увидеть?

Что же она может увидеть, если говорить про LUCA, последнего общего предка? Насколько хорошо мы его знаем? Я так понимаю, достаточно неплохо?

Сетевая история жизни в иллюстрации Ford Doolittle. Нажмите, чтобы увеличить. Изображение American Association for the Advancement of Science

Как вам сказать? Вот и неплохо, и плохо. В каком-то смысле неплохо: мы можем делать весьма точные утверждения относительно того, что в нем было. В нем была система трансляции, которая очень слабо отличалась от современной. В нем были некоторые метаболические процессы, не стоит перечислять их в точности, но некоторые метаболические пути в нем явно существовали. В нем в какой-то форме, хотя тут уже очень непонятно, в какой, существовали какие-то мембраны.

Был ли он фотосинтезирующим?

Нет, конечно, нет. Этот процесс возник давно, но заметно позже. И не один раз.

Интереснее другое. Когда мы с вами начинаем говорить об этом самом LUCA как об организме, как о чем-то таком, что можно взять и вырастить в виде колонии на чашке Петри, как принято в эксперименте, нужно быть очень осторожным, такого могло никогда не быть. Этот LUCA вполне мог быть неким сообществом микроорганизмов, которые возникли из некоей более простой стадии уже как сообщество. Это вполне разумный взгляд на вещи.

Если с помощью сравнительной геномики мы уходим все глубже и глубже в историю жизни, начинаем сопоставлять все более сложными методами последовательности, анализируем уже не последовательности нуклеотидов, а какие-то общие белковые фолды, то мы подходим к одной из самых сложных проблем в биологии вообще.

Я имею в виду вопрос происхождения белков. Как так получилось, что для работы самых примитивных систем синтеза белка необходимо существование самих белков, причем принадлежащих к разным эволюционным семьям - то есть уже прошедшим длительный процесс эволюции?

Вопрос понятен: курица требует яйца, а яйцо требует курицы. Короткий ответ: мы об этом не имеем понятия. Это действительно гигантская проблема и парадокс в настоящем смысле этого слова.

Конечно же, мы не можем не думать о вещах, о которых не имеем понятия, но которые нам бесконечно важны и интересны. И не строить какие-то модели, сколь бы спекулятивными они ни были. Двигаясь по этой зыбкой почве, можно сказать следующее.

То, что возникло на самой первой стадии жизни или какой-то преджизни, - это мир РНК, где никаких белков не было или уж, во всяком случае, никакие белки ничем не кодировались, а были только молекулы РНК, которые худо-бедно выполняли все функции. Они не только воспроизводились, реплицировались, но и катализировали все реакции, которые для этого необходимы. Одна РНК реплицировала другую. Я сейчас не полезу в достаточно сложную химию этого дела, но логически это почти что единственная возможность.

Если допустить это, то дальше мы начинаем думать о том, а как же в это дело могли вписаться некие белки? Ответ нам дан: они вписались в это дело самым серьезным образом, и очень рано по масштабам эволюции. Как такое могло произойти?

Аминокислоты и даже пептиды, то есть аминокислоты, соединенные в маленькие цепочки, довольно легко образуются абиогенным путем, без участия живых организмов, и они обладают некоторыми довольно "хорошими" свойствами - они могут помогать реакциям, которые катализируют так называемые рибозимы - каталитические РНК. И эта идея развивается примерно по такому пути: эволюция шла путем привлечения (сначала без всякого кодирования) аминокислот, потом пептидов или одновременно и аминокислот, и пептидов в этот мир РНК. И возникло то, что может служить аналогом транспортной РНК, то есть РНК-овых молекул, которые связывались с аминокислотами и выполняли некоторые каталитические функции лучше, чем другие, которые не связывались. Как-то так.

Структура большой субъединицы рибосомы. Коричневым покрашена РНК, синим - белки. Видно, что центральную роль в структуре выполняет РНК, а белки являются только "украшением". Изображение Yikrazuul

На мой взгляд, существование мира РНК имеет достаточно солидную поддержку в самой структуре рибосомы.

Да, безусловно, это один из главных аргументов, но есть и другие. Вообще, тот факт, что синтез белка в каждой клетке выполняет фактически РНК, а белки в этом процессе выполняют лишь вспомогательную роль, это весомый аргумент в поддержку РНК-мира. Но есть другие.

Вот вы упоминали такие белки, аминоацил-тРНК-синтетазы, которые присоединяют определенные аминокислоты к определенным транспортным РНК. Другими словами, они обеспечивают работу генетического кода, само кодирование. Эти белки - общие для любого живого организма. Но если на секунду углубиться в детали, то там есть два базовых неродственных семейства, одно из которых отвечает за одни десять аминокислот, а другое за другие. Все они уже, насколько мы знаем, присутствовали в этом самом LUCA.

Теперь, если мы построим некое эволюционное дерево для центральных доменов этих ферментов, мы увидим, что специализации этих самых аминоацил-тРНК-синтетаз предшествовала длительная эволюция самих белков. То есть сначала прошла очень серьезная эволюция этих белков, и только потом они стали, собственно, основой генетического кода. Это говорит о том, что эволюция белков происходила еще до того, как система их синтеза стала такой, какой мы ее знаем сейчас. И основана она была на РНК.

Теперь самое интересное - как от этого перейти, собственно, к возникновению генетического кода? Многие, и мы в том числе, пытались строить некие схемы того, как это могло произойти. Они подразумевают существование некого большого РНК-фермента, который в какой-то момент переключается на синтез белка, а некоторые другие РНК становятся матричными РНК.

Ни одна из этих моделей не кажется мне убедительной. Мы знаем, что синтез белка как-то возник, но убедительной последовательности этапов у нас нет.

В связи с этим, конечно, возникают идеи, к которым я, например, вынужден относиться серьезно. Идеи о том, что достаточно сложные системы (разумеется, не все элементы сразу) могли возникнуть сугубо случайно.

Произошло это, заметьте, лишь однажды - вся клеточная жизнь имеет именно единое происхождение, и в особенности генетический код и система трансляций. Когда мы знаем, что нечто имеет единое происхождение, то, естественно, открывается окно для большой роли случайности. Возникло и возникло. Победителей не судят.

И тут мы подошли к вопросу, который я приберег для завершения. Я хочу спросить про то, за что вас и ругают и хвалят очень разные люди. Я имею ввиду увязку случайного происхождения жизни с антропным принципом. Интересно почитать отзывы на эту вашу статью, потому что как-то очень много креационистов возбудилось этой идеей.

На мой взгляд, здесь есть очень серьезное научное содержание и есть тоже довольно серьезный аспект социологии в науке. Их следует разделять.

С точки зрения научного содержания, я полагаю, что крайне неудачно названное положение, которое мы называем антропным принципом, действительно совершенно необходимо для понимания возникновения жизни. В том смысле, что совершенно очевидно, что явление это редкое. Для того, чтобы оно возникло, необходимо сочетание многих случайных обстоятельств. И это не зависит от того, на какой стадии мы можем провести границу между более-менее случайным сочетанием обстоятельств и собственно биологической эволюцией.

Эта граница может быть ниже, может быть выше, но она существует. На многие вопросы о том, почему окружающая нас часть мира уcтроена так, как она устроена, только так и можно ответить: потому что, если бы она была устроена иначе, некому было бы задавать эти вопросы. Это совершенно не означает, что в эволюции есть какие-то цели, что мы с вами как вид Homo sapiens имеем какое-то особое значение. Ничего подобного.

Факт состоит в том, что сложные системы возникли и возникнуть они могут далеко не во всех частях Вселенной. Поэтому на многие вопросы только и есть такой ответ: если бы история шла немножко по-другому, если бы параметры нашего уголка Вселенной были бы немножко другими, не было бы этого феномена, который называется ж&11080;знью. Просто не было бы и все. В этой части Вселенной.

Само по себе это представление в рамках ведущих современных космологических теорий кажется в высшей степени рациональным. Такое представление, разумеется, совершенно избавлено от всяких идей о каких-либо целях эволюции, идей о каком-либо особом значении Homo sapiens. Этого просто нет. И поэтому выражение "антропный принцип" крайне неудачно, и более серьезные люди, вообще говоря, предпочитают говорить о том, что называется "Observational Bias" (ошибка наблюдателя). Звучит намного менее сексуально, но...

Но по-русски перевода нет, видимо.

Этот перевод нелегок. Имеется ввиду, что то, что мы наблюдаем, ограничивает те варианты истории, которые могли к этому привести. Вот что здесь говорится, а вовсе не нечто эзотерическое. Ни в коем случае!

Что касается креационистов, то они люди хитрые, ловкие, но глупые, потому что они хватаются за все, что хоть как-то отклоняется от привычных научных объяснений. За все, что привлекает случайность каким-то содержательным образом, за все, что говорит, что некая сложность могла возникнуть спонтанно, за любые утверждения, которые кажутся им необычными. Они тут же говорят: "Ага! Это то, о чем мы всегда и говорили, а вы просто подсовываете под это какую-то рационалистическую основу, которой там нет. Просто все сделано Создателем, и вся история". По-старому это просто называлось передергиванием, жульничеством.

Реликтовое микроволновое излучение является свидетельством начальных этапов существования Вселенной. Его структура считается одними из главных аргументов в пользу теории инфляции и Мультивселенной. Изображение NASA / WMAP Science Team

Но ведь они же основываются на ваших расчетах. На том, что возникновение жизни в данной конкретной наблюдаемой Вселенной имеет вероятность порядка 10-1018. То есть, по-простому, практически невозможно.

Это расчеты, что называется, на задней стороне конверта. Тем не менее, по десятку порядков величины они не такие уж, может быть, и плохие. Действительно, происхождение жизни исключительно маловероятно. Только эти критики забывают процитировать из той же статьи, что, согласно современным космологическим теориям, в бесконечной Вселенной оно в то же самое время и неизбежно. Несмотря на то, что в любой ее точке исключительно маловероятно.

Мы уже заранее знаем, что мы находимся в точке, где это произошло. Только в этом и состоит антропный принцип. На самом деле, в контексте представления о бесконечной Мультивселенной (то, что называется Multiverse) этот принцип становится абсолютно тривиальным.

Критики как раз гипотезу Мультивселенной отвергают как нефальсифицируемую и, следовательно, ненаучную.

Это очень сложный вопрос. Скажем так, вопрос о фальсифицируемости и ее необходимости - это очень сложный вопрос.

Но можно сказать простую вещь. Гипотеза мультивселенной придумана совершенно не за тем, чтобы объяснять возникновение жизни или возникновение человека. Она не имеет к этому ни малейшего отношения. Она выдвинута из сугубо рациональных физических соображений, для объяснения гетерогенности фонового космического реликтового излучения, за которое люди получили Нобелевскую премию, и других не менее серьезных данных. Именно для объяснения этих данных придуманы современные варианты этой гипотезы. Оппозиция этим идеям, несомненно, существует и в самой физике, но не болтунам на Amazon.com пытаться это опровергать.

Стоит ли вообще бороться с креационистами, клерикалами, с людьми, которые находятся в оппозиции к теории эволюции, или им бесполезно пытаться что-то объяснить? Вот ваш коллега, Михаил Гельфанд, пытается этим заниматься - в телепередачах участвует, например.

Я смотрю на это таким образом: как только они пытаются вторгаться в сферы науки или образования, то да, конечно, нужно их оттуда выбрасывать. Не следует бороться с религией, но с ее попытками вторгаться в широкие сферы общественного сознания, тем более в какую-либо науку, да, следует бороться.

При этом, на мой взгляд, не следует пытаться опровергать их аргументы - вы их все равно никогда не убедите. Скорее, нужно максимально разумно, интересно и рационально объяснять то, что мы можем понять, и указывать на то, что пока понять мы не в состоянии, но надеемся сделать это в будущем.

Многие считают, что сейчас с точки зрения влияния креационистов Россия в плохом смысле приближается к Америке и порой ее даже опережает. Если у нас в школе, условно говоря, вводятся курсы православия, то в Америке в Конгресс проходят люди, отрицающие эволюцию.

Да, в США это присутствует в больших масштабах. Но при этом нужно понимать, что у нас здесь сотни хороших университетов, а в России их дай бог три. Есть некоторая разница. Интеграция науки в жизнь здесь больше, несмотря на все эти явления мракобесия, которые действительно видны на каждом шагу.

беседовал Александр Ершов

Армянское поселение Агарак-1 древнее великих египетских пирамид

Ноябрь 28, 2012
Источник:: http://news.am/rus/news/130011.html

Историко-культурный заповедник Агарак находится к югу от горы Арагац, на берегу речушки Амберд (фоторепортаж). Если пересечь шоссе у одноименного села, то сразу же оказываешься в другом времени, как бы мгновенно преодолев громадную пропасть в десятки веков.

На первый взгляд, обычная для этой области местность. Одни лишь камни, скудная растительность… Даже деревьев нет. Только вдали, &11074; неглубокой низине, поникла кроной плакучая ива, невесть какими судьбами очутившаяся здесь, в царстве теней прошлого... Материального «прошлого», ибо через несколько шагов встречаешь характерную для археологических раскопок аккуратно расчищенную от земли и растений территорию.

На почти плоском рельефе, расположенном впритык к автомагистрали, выделяется возвышенность из туфа. Скорее, это невысокое плато, формой напоминающее расплывшуюся потоками на столе свечу. Сравнение точное, ибо сия локальная возвышенность представляет из себя не что иное, как верхние пласты застывшей в допотопные времена лавы. Туф сравнительно мягкий камень, и даже примитивными орудиями первобытных мастеров легко обрабатывался. В этом можно воочию удостовериться, осмотрев расчищенные археологами пласты туфа.

Там и сям, на пологих склонах скалы, разбросаны неглубокие ямочки, некоторые почти идеально круглые в горизонтальном сечении, рядом - выдолбленные в туфе прямоугольной формы внушительные ямы - давильни, колодцы, тоныры (национальный вид очага, используемый и поныне в армянских селах). На камнях немало вытесанных таинственных знаков. Сомнений нет, это дело рук древнего человека, который примитивными орудиями труда обработал камень…

Если подняться на несколько метров вверх, по гладким склонам туфового холма, на ровной площадке видны выдолбленные в камне узкие ниши, человеческие захоронения. Это старинный некрополь, по соседству с которым, на большой территории, разбросаны культовые и жилые строения различных исторических эпох.

Неторопливый обход заповедника вселяет удивительное чувство приобщения к культуре и жизни людей, поколениями обитавших здесь в течение долгих тысячелетий. Вполне понятно, что пробуждается интерес к этой местности, времени ее первого заселения и развития общины в последующие исторические эпохи. Для посетителей на территории размещены стенды, с соответствующими пояснениями.

Но, для более детальной информации, по возвращению из заповедника попросили рассказать о нем известного специалиста, директора Института археологии и этнографии НАН Армении Павла Аветисяна.

Оказывается, многое относится к культурному слою так называемого Агарака-1, датируемого эпохой ранней бронзы, которая на территории Армении начинается с 3400 года до Р.Х. Хотя не исключается, если копнуть поглубже, то можно найти еще более древние следы обитания здесь человека. Так что это поселение «старше» великих египетских пирамид в Гизе...

Регулярные раскопки на территории заповедника начались более десятилетия назад, и после перерыва в 2008 году, исследования ныне продолжились, в основном из-за строительства новой автомагистрали «Север-Юг». О которой будет сказано далее...

Заповедник Агарак занимает огромную по нашим масштабам территорию – 118 гектаров, систематические раскопки велись пока что на указанном выше плато. На первых порах здесь обнаружена «улица», по обеим сторонам которой располагались круглые в плане дома, а также другие сооружения, уже прямоугольной формы. То есть налицо признаки наличия здесь в глубокой древности поселения, датируемого эпохой ранней бронзы.

Комплекс Агарак «многослойный», человек здесь жил и созидал в различные исторические эпохи. Так, обнаруженные многочисленные статуэтки, разные предметы быта относятся к эпохе Шенгавитской, или Кура-Аракской, археологической культуры (2800-2600 годы до Р.Х.).

На южной стороне скалы были найдены артефакты уже урартского царского периода: характерное для последнего кувшинное захоронение (в котором нашли урартскую печать), погребальная ниша, керамические изделия VIII-VI вв. до Р.Х.

Расцвет Агарака пришелся на период с IV-III в. до Р. Х. по II-IV в. от Р.Х., когда поселок (а может, уже город...) был вовлечен, так сказать, в международную торговлю. Об этом, в частности, свидетельствуют находки в этой местности монет эллинистического и римского периода истории.

Интересная деталь – в некрополе, датируемом II-III вв. от Р.Х., то есть задолго до официального принятия Арменией христианства, как государственной религии, имеются и христианские захоронения, судя по ритуальным особенностям. Рядом соседствуют захоронения языческого типа. Вот такое мирное сосуществование религий...

Пока что на огромной территории Агаракского заповедника далеко не все исследовано. К примеру, там обнаружены сохранившиеся фрагменты стены неизвестного огромного строения. Но конкретно что представляет из себя это сооружение, предстоит выяснить в будущем. Причина задержки раскопок, естественно, в нехватке средств.

По словам директора Института археологии и этнографии, систематическое финансирование учреждения началось с 2007 года, когда было выделено около 97 млн. драмов. Затем эта сумма последовательно повышалась, и в текущем году дошла до 270 млн. драмов. При этом фонд заработной платы персонала института составляет 111 млн. драмов, а остальные 159 млн. драмов выделены на исследовательские работы.

К сожалению, заповедник Агарак не включен в смету расходов, и некоторые работы там будут проводиться за счет средств строительства дороги «Север-Юг». Ранее раскопки и исследования в Агараке во многом зависели от внешних источников, финансового содействия частных фондов и государственных учреждений ряда государств, из которых можем выделить США, Францию и Германию. В этих случаях определенную часть расходов брала и наша страна, выделяя институту специальные средства из госбюджета.

Строительство указанной выше автомагистрали «Север-Юг» создало новые проблемы для археологов. Не исключается, что при прокладке новой трассы могут быть разрушены и безвозвратно потеряны многие памятники древности. Для прояснения &11101;того вопроса с ноября текущего года Институтом археологии и этнографии проводятся специальные исследования. Есть и другая проблема...

Как и во всем мире, так и в Армении «охотников» за древностями, то есть тривиальных грабителей, порядочное количество. По словам Аветисяна, проблему усложняет тот факт, что многие памятники старины находятся на частных землях, и трудно выяснить, намеренно ли раскопали какой-то исторический памятник.

Скажем, собственник земельного участка «нашел» на своей территории предмет, имеющий историческое значение. Здесь уже понадобится помощь Шерлока Холмса, с его знаменитым дедуктивным методом, чтобы определить, специально ли охотились за этим предметом, или же собственник земли случайно наткнулся на памятник старины. При этом, естественно, основательно повредив кое-какие исторические слои, с памятником древности в придачу…

Но как узнать об этом, если самодеятельный археолог не заинтересован в разглашении своей находки? А такое нередко бывает, по вполне понятным мотивам. Встречается и прямо противоположная ситуация: нашедший какую-то редкую историческую вещь посещает Институт, с просьбой приобрести ее. А у организации такой статьи расходов в бюджете нет. Тогда разочарованный в своих надеждах посетитель уходит восвояси, на прощание заявив, что продаст находку иностранцам. А продать в принципе может...

Для этого не нужны ни конспирация, ни явочные квартиры, пароли и прочие атрибуты подпольной жизни. В принципе древние вещицы, если они размером поменьше знаменитого камня с клинописной надписью Аргишти I, можно без проблем реализовать на знаменитом ереванском Вернисаже. Который находится под боком у здания правительства. Да и упомянутый базальтовый камень царя Урарту приволокли бы сюда на распродажу, не будь этот раритет столь тяжелым и трудно транспортабельным.

Исторические памятники у нас имеются везде, и в великом множестве. Как говорят, Армения - музей под открытым небом. Вот это «открытое небо» и становится головной болью для археологов. По словам директора Института, не представляется возможным тотально все контролировать, нанимая для этого целую армию сторожей. Опять же средств не хватает для этого...

Есть, правда, вариант оплаты государством 50% от стоимости найденной вещи. Но, на вопрос, во сколько примерно оценивают редкости, специалист затруднился ответить. Ведь ценные (не в деньгах, а по историческому значению) вещи приобретает Государственный музей истории Армении, а не Институт археологии и этнографии.

В заключение же беседы Павел Аветисян счел нужным подчеркнуть важное значение полевых исследований. Если ныне, из-за нехватки финансовых средств, они не будут проводиться, то исторические памятники, находящиеся в зоне риска, будут безвозвратно потеряны для грядущих поколений. Деньги-то потом найдутся, а вот памятников не останется...

По словам специалиста, мы должны учесть тот факт, что историческая Армения – понятие гораздо более широкое, чем нынешняя территория нашей страны. Множество наших памятников старины находится на территории соседних стран, отдельные из которых абсолютно не заинтересованы в их сохранении. Даже наоборот, могут их уничтожить, или же попросту «присвоить» материальное наследие наших предков. А такое встречается сплошь и рядом!

Так что систематические археологические исследования на территории современной Армении имеют в определенном смысле стратегическое значение, для будущего нашей нации. Институт укомплектован квалифицированными кадрами, ротация персонала молодыми специалистами позволяет надеяться на успешное проведение таких работ и в будущем. Дело – за финансовыми средствами.

Альберт Хачатрян

P.S. Кстати, по мнению специалиста, после консервации памятника старины и благоустройства территории за его осмотр целесообразно взимать плату с туристов. Такие доходы пополнили бы фонд археологических исследований. В этом нет ничего экстраординарного, во многих странах такое практикуется. Да и у нас, в Гарни, вход на территорию храма платный.

«В российской науке изрядное количество «отдыхающих»
Проректор МГУ Алексей Хохлов рассказал о сети ИСТИНА и о проблемах российской науки

Источник: http://gazeta.ru/science/2012
16 Ноябрь 2012
Текст: Анна Сабурова
Фото: ИТАР-ТАСС

Проректор МГУ Алексей Ремович Хохлов

Что такое ИСТИНА, с помощью которой МГУ собирается улучшить свое место в международных рейтингах вузов, и как нужно изменить организацию науки в России, в интервью «Газете.Ru» рассказал проректор МГУ академик РАН Алексей Хохлов.

МГУ теряет позиции
Российские вузы значительно отстают от британских и американских. Так считают составители рейтинга лучших университетов мира QS World University Rankings 2012. МГУ и СПбГУ вновь не вошли даже в первую...

— Какие меры сейчас принимаются в Московском университете для увеличения цитируемости трудящихся здесь ученых? Расскажите, в частности, о системе ИСТИНА...

Мы уделяем особое внимание увеличению цитирования сотрудников. Это связано с тем, что по критерию цитирования в международных рейтингах университетов Московский университет не очень хорошо выглядит. И мы понимаем, что для того, чтобы подниматься вверх в этих рейтингах, нужно повышать показатели цитирования. В прошлом году по решению Виктора Антоновича Садовничего мы начали эту работу — стали премировать сотрудников по критериям, связанным с цитированием. Были премированы те сотрудники, которые либо опубликовали в 2011 году статьи в высокорейтинговых зарубежных журналах, либо имеют высокие показатели цитирования или за все время, или за последние десять лет. Когда мы готовили списки, мы поняли, что информация теряется, когда есть много промежуточных звеньев: сначала данные собираются на кафедре, потом на факультете, потом передаются нам.

Поэтому мы задумались о том, каким образом сделать так, чтобы была непосредственная связь между ректоратом и сотрудником.

И, когда ректором было принято решение премировать по итогам первого полугодия 2012 года сотрудников, которые опубликовали в этом полугодии статьи в высокорейтинговых журналах, встал вопрос о том, как собирать эту информацию. Тогда мы начали смотреть различные существующие компьютерные системы и убедились в том, что лучшее программное обеспечение, которое позволяет при минимальных настройках достичь результатов, — это система, которая создана в Институте механики МГУ. Ее разрабатывали в рамках плановой работы, не по какому-нибудь проекту — за обычные бюджетные деньги, за зарплату ученые и программисты под руководством Валерия Александровича Васенина. Оказалось, что при небольших доводках можно сразу же использовать эту систему, которая называется ИСТИНА (Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАучно-технической информации), для того чтобы сотрудники МГУ сами ввели все свои статьи в высокорейтинговых журналах, которые были опубликованы за первую половину 2012 года.

Мы запустили систему 16 мая, и уже к 31 мая мы имели достаточно полную картину для премирования тех сотрудников, которые опубликовали такие статьи. Эта система модифицировалась, расширилась, и сейчас в нее занесено уже очень большое количество статей. Но, я помню, на одном из совещаний Виктор Антонович сказал: «А почему, собственно говоря, только статьи? Может быть, и все достижения сотрудников? Может быть, и педагогическую работу, и участие в редколлегиях, в оргкомитетах конференций тоже туда заносить и использовать эту информацию для определения всех достижений сотрудника?» И это было действительно сделано, сейчас эта система обобщена на большое число различных параметров, которые связаны с деятельностью сотрудников. В систему встроена статистика, то есть мы теперь можем сравнивать число цитирований на различных факультетах, на различных кафедрах. И в общем эта система работает.

Мы даже ее предлагали в качестве системы для составления карты российской науки — то, что сейчас в министерстве делают.

Но, к сожалению, они предпочли компанию PricewaterhouseCoopers. И мы с неподдельным и исходно доброжелательным интересом будем наблюдать, как же она справится. Потому что там не просто надо будет писать какие-то отчеты и составлять красивые графики, а надо будет иметь, как говорят компьютерщики, движок, который работает. Интересно будет понять, какой движок эта компания может предложить.

— Многие научные сотрудники МГУ сталкиваются с увеличением объема различных бюрократических процедур. Почему это происходит? Нельзя ли как-то это оптимизировать?

— Мы, безусловно, делаем все, что в наших силах, но у нас есть определенное законодательство. Мы же не можем нарушать законы.

Безусловно, количество бумаг, которые нам приходится заполнять из-за наличия таких законов, запредельное.

Представители Минобрнауки встретились с молодыми учеными, написавшими письмо президенту
Как сообщала «Газета.Ru», победители гранта президента РФ, работающие в учреждениях, которые не подчинены напрямую Министерству образования и науки, до сих пор не получили причитающегося им финансирования за 2012 год...

И мы тут ничего не можем поделать, мы стараемся сделать так, чтобы бюрократии было как можно меньше. В каких-то случаях удается достичь успеха. Год назад нам вместе с молодыми сотрудниками МГУ и рядом других сил, которые нам помогали, удалось добиться поправок в 94-й федеральный закон, благодаря чему теперь в случае финансирования по госконтрактам или грантам не надо объявлять тендеры. И это оказалось очень кстати, поскольку сейчас ситуация совершенно парадоксальная: на дворе середина ноября, а финансирование по грантам за 2012 год только недавно начало поступать.

С другой стороны, надо понимать, что теперь финансирование по госконтрактам и грантам регулируется 55-й статьей 94-го закона, согласно которой для каждой закупки требуется договор гражданско-правового характера. Это не тендер, это гораздо лучше, но договор все равно нужен. Пока денег все равно не было, эта проблема была не видна, сейчас она проявляется.

Открытия на халяву
Владимир Путин обсудил вопросы финансирования науки в стране, а также узнал, что ощутимая часть лауреатов гранта президента России до сих пор не получила денег, хотя отчеты за исследования с ученых уже...

— Также хотелось бы задать вопрос по поводу зарплат. Виктор Антонович в официальном заявлении говорил, что средняя зарплата в МГУ составляет 40 тысяч рублей. Однако молодые научные сотрудники с кандидатской степенью получают около 16 тысяч. Как вы можете прокомментировать это?

— Сейчас средний уровень доходов сотрудников, проходящих через бухгалтерию МГУ, именно такой. Но это именно доходы, а не средняя зарплата. Это включает не только заработную плату, но и выплаты по грантам, по различным договорам, поощрительные надбавки и так далее. Конечно, базовые зарплаты очень низкие. Но надо ли их повышать всем? Не знаю. Иметь большое количество постоянных ставок, которые не являются ставками по какому-нибудь проекту, наверное, все-таки неправильно. Я считаю, что надо переходить на западную систему, когда руководитель выигрывает грант и может на эти деньги нанять какое-то количество специалистов на время. И тогда силы не тратятся на постоянное поддерживание постоянных ставок — финансы «не отвлекаются». А сейчас вы можете быть на ставке младшего научного сотрудника до пенсии.

«РАН следует поддерживать молодых научных лидеров»
РАН следует делать ставку на поддержку молодых ученых, а крупные государственные гранты соотечественникам, уехавшим за рубеж, можно предоставлять только после независимого международного рецензирования...

— До пенсии можно, но при этом нужно проходить конкурсы по переизбранию на должность научного сотрудника, отчитываться о работе…

— Я понимаю, это правильно, что такие конкурсы устраивают. Вот академия наук тоже сейчас приняла решение постепенно ликвидировать постоянные ставки за исключением заведующих лабораториями и главных научных сотрудников. Так что через некоторое время все — от младшего до ведущего научного сотрудника — будут на временных контрактах, как это принято во всех вузах еще с восьмидесятых годов. Это правильно, но это не решает проблему. А она состоит в том, что нужно переходить на систему, когда оплата работы молодых ученых, до тех пор пока они не возглавили еще свои подразделения, осуществляется из грантов научного руководителя. Я об этом писал весной. Я вижу, что в этом направлении идет развитие. В том числе на последнем заседании совета по науке и образованию при президенте все предложения были примерно в этом же направлении. Прежде всего нам нужно развивать грантовую систему — систему, связанную с тем, что основное финансирование науки идет по грантам, за исключением небольшого числа лидеров, которые получают постоянную позицию, которые заслужили ее предыдущими своими достижениями.

— Но дело в том, что сейчас мы видим скорее обратную тенденцию: финансирование РФФИ урезается, а не увеличивается.

— Правильно, потому что невозможно поддерживать институты, у которых 800 постоянных ставок. Финансирование «распыляется», о чем я тоже недавно говорил. Я там назвал некоторых из тех, кто у нас работает в науке, «отдыхающими».

У нас «отдыхающих» в науке изрядное количество. Они ничего не производят, делают вид, что занимаются наукой, публикуют одну-две статьи в каких-то второстепенных журналах в пять лет. И этого обычно достаточно для переизбрания.

А остальное время они занимаются какими-то вещами, не связанными с наукой. Они даже не ходят на работу во многих случаях. И научное сообщество делает вид, что оно этого не замечает, и еще удивляется, почему у нас такие маленькие гранты. Либо одно, либо другое... Нельзя, чтобы гранты были большие и чтобы всем платили минимум, который у нас называется базовой ставкой.

«Главное – повысить престиж науки»
В интервью «Газете.Ru» проректор МГУ и академик РАН Алексей Хохлов рассказал о том, зачем в Московском университете проводится фестиваль науки, и прокомментировал программу развития МГУ до 2020 года....

— И последний вопрос. Скажите, пожалуйста, какими вы видите перспективы развития науки в России?

— Перспективы развития науки я вижу в переходе на ту систему, которая принята во всем мире, ту систему, которую я только что описал. Сейчас у нас, конечно, большое количество бюрократических препон и негативных вещей, они связаны с неправильной организацией науки.

Организация науки у нас достаточно архаична. Необходимо ее перевести на те принципы, которые приняты во всем мире.

Это не западные принципы. В Китае, Южной Корее и Японии они примерно такие же. В тех странах, где наука развита, она развивается по определенным правилам. У нас, к сожалению, развитие науки было экстенсивным в течение долгого времени, и, когда наступило начало 90-х, оказалось, что эта модель не работает. Но никто не хочет взять на себя ответственность ее поменять. А ее нужно менять, если ее поменять, то перспективы очень хорошие. Я думаю, что, в принципе, политическая воля, чтобы поменять эту систему, присутствует сейчас и, возможно, это удастся сделать.

Good news for small hospitals: Scientists develop affordable way to generate medical isotopes

October 16, 2012 by Angela Hardin
Source: http://phys.org/news/

Accelerator scientist John Noonan led the development of a superconducting cage-like radio-frequency cavity and a dual electron linear accelerator in an energy-recovery configuration that has the potential to revitalize domestic production of technetium-99m, potentially create thousands of new jobs and save more lives by having this isotope readily available.

Scientists at the U.S. Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory have developed a safe and affordable way to ensure a reliable U.S. supply of certain medical isotopes. Although the invention is at a conceptual stage, it has the potential to provide critical medical diagnostic material for small regional hospitals.

Ads by Google

XRD - X-ray Diffraction - Marerials analysis of powders for phase ID & percent crystallinity - www.rigaku.com

This innovative technology combines two Argonne patents: a superconducting cage-like radio-frequency (RF) cavity and a dual electron linear accelerator in an energy-recovery configuration, said accelerator scientist John Noonan, one of the project's principle investigators. The technology is estimated to cost between $500,000 and $2 million to build. Even at the high end of that price range, the technology pairing would be affordable for even small hospitals to purchase and operate, he said.

In comparison, a conventional superconducting electron linear accelerator has been proposed as a high-yield medical isotope source. The estimated cost is $150 million.

The technology's affordability could help meet the growing demand for an already at-risk supply of technetium-99m (Tc-99m), Noonan said. The global supply of Tc-99m has been limited in recent years due to operational problems at the four aging nuclear reactors that produce 90 percent of the world's Tc-99m.

Tc-99m is a vital diagnostic tool for nuclear medicine. When injected into the human body, technetium-99m can detect cancers and diseases of the heart, bone and kidney.

The electron linear accelerator would also eliminate the need for nuclear safeguards since the accelerator can use the stable isotope molybdenum-100 instead of uranium to produce Tc-99m.

Electron linear accelerators are not limited to producing Tc-99m. There are a number of medical isotopes that can be generated using high energy electrons.

"Once commercialized, this accelerator technology has the potential to revitalize domestic production of technetium-99m, potentially create thousands of new jobs and save more lives by having this isotope readily available," said Paul Betten, a program manager in Argonne's Technology Development and Commercialization division.

Beyond the RF cage cavity's use in the production of medical isotopes, Betten believes that DOE could be a major user of this technology by permitting larger accelerators to be built at a lower cost, but also make smaller accelerators available for research at universities. DOE is the largest supporter of accelerator research and development in the United States.

More information: More information on medical isotopes: www.snm.org/
Provided by Argonne National Laboratory

Открыто жесткое рентгеновское излучение титана-44 от остатка сверхновой 1987A

Источник: http://gazeta.ru/science/2012
19 Октябрь 2012
Текст: Пресс-служба ИКИ РАН, Сергей Гребнев

Получены прямые доказательства синтеза радиоактивного изотопа титана-44 (44Ti) при взрыве cверхновой SN1987А. Полная масса синтезированного при взрыве титана оценена приблизительно в 6х1026 &11082;г, что составляет 0,03% массы Солнца или примерно 100 масс Земли.

Авторы исследования — сотрудники Института космических исследований РАН д. ф.-м. н. Сергей Гребенев, к. ф.-м. н. Александр Лутовинов, к. ф.-м. н. Сергей Цыганков и Европейского центра космических исследований и технологий (ESTEC) Европейского космического агентства Крис Винклер (Chris Winkler). Статья опубликована в вышедшем сегодня, 18 октября 2012 года, выпуске журнала Nature.

Считается, что тяжелые элементы (тяжелее углерода и кислорода) во Вселенной образуются только при взрывах сверхновых. Более легкие элементы, в первую очередь гелий, рождаются в ходе термоядерных реакций в недрах звезд, самые массивные из которых способны производить лишь углерод и кислород. Но получение более тяжёлых ядер требует более мощных по энерговыделению процессов, которые может дать только взрыв сверхновой — финальная стадия существования звезды, при которой её ядро коллапсирует под собственным весом, и выделившаяся в результате коллапса энергия «разметает» по пространству внешнюю оболочку, тем самым выбрасывая наружу синтезированные в ходе жизни звезды элементы.

Именно сверхновые, обогатившие межзвездную среду кремнием, кальцием, железом, другими элементами этой группы, сделали возможным образование планет земного типа и зарождение жизни.

Однако, несмотря на множество косвенных, прямых подтверждений этой концепции не так много. Среди наиболее убедительных — регистрация оптического, рентгеновского и гамма-излучения от радиоактивного распада кобальта-56 в железо-56 в остатке сверхновой SN1987А, которая вспыхнула в Большом Магеллановом Облаке 25 лет назад и стала единственной близкой (160 тысяч световых лет) и яркой сверхновой, наблюдавшейся человечеством за последние 450 лет.

В первые три-четыре года после взрыва сверхновой основную энергию, которая питала происходящие в остатке процессы и его излучение, обеспечивал распад радиоактивных изотопов кобальта-56 (и кобальта-57). Предполагается, что после того, как этот источник полностью истощается, энергию для инфракрасного, оптического и ультрафиолетового излучения остатка может дать распад изотопа титана-44 (44Тi), до того момента, как разлетающаяся оболочка начнёт активно взаимодействовать с окружающей средой.

Модельные расчеты показывают, что в коллапсирующих сверхновых типа SN1987А 44Тi может синтезироваться при взрыве в объёме порядка (0,02—2.5)х10−4 масс Солнца. Но до сих пор жесткое рентгеновское и гамма-излучение от этого распада было зарегистрировано лишь от остатка сверхновой Кассиопея А. Возможно, это означает, что верхняя граница этого предсказания описывает лишь исключительные случаи взрыва сверхновых, а значит, заметный выход 44Тi происходит не так часто.

Проблема титана-44 для остатка сверхновой SN1987А ранее исследовалась на основе инфракрасных и ультрафиолетовых данных. Из инфракрасных кривых блеска и спектров ультрафиолетового излучения путем сложных модельно зависящих расчетов была получена оценка массы распадающегося титана порядка (1−2)х10−4 масс Солнца. Но ост&11072;валась возможность и других причин этого излучения, с титаном уже не связанных.

Авторы письма, опубликованного в Nature, сообщают о регистрации жесткого рентгеновского излучения от этого остатка в линиях радиоактивного распада титана-44 на энергиях 67,9 и 78,4 килоэлектрон-вольт (кэВ). Результат получен на основе сверхдолгих наблюдений Большого Магелланова Облака орбитальной обсерваторией INTEGRAL в 2003–2011 годах с полной экспозицией 6 миллионов секунд (порядка 1,5 миллиона секунд в 2003 году и порядка 4,5 миллиона секунда в 2010–2011 годах). Это первое прямое доказательство образования титана в момент взрыва этой уникальной сверхновой.

Измеренные потоки излучения на этих энергиях соответствуют массе синтезированного титана-44 порядка (3,1±0,8)х10−4 массы Солнца, вполне достаточной для объяснения ее оптического и ультрафиолетового излучения, наблюдавшегося в течение последних 20 лет. Более того, распадаясь с периодом полураспада 59 лет в радиоактивный скандий-44, a затем практически мгновенно в обычный кальций-44, титан-44 в этой самой большой в локальном объеме Вселенной действующей «мертвой зоне» остатков термоядерного взрыва еще долго будет оставаться активным, обеспечивая мощное излучение в широком диапазоне электромагнитного спектра.

Определённая таким образом масса несколько превышает теоретические расчёты. Это может свидетельствовать как о не совсем обычном режиме взрыва сверхновой, так и о несовершенстве теоретической модели, которая пока включает много оценочных параметров. А потому прямые наблюдения линий титана-44 очень важны для дальнейшего моделирования процессов, происходящих при взрывах сверхновых.

Премия за компьютер и часы

Источник: http://gazeta.ru/science/2012
9 Октябрь 2012
Текст: Николай Подорванюк, Александра Борисова
Фото: AFP

«Нобеля» по физике присудили французу Сержу Арошу и американцу Дэвиду Джей Вайнленду

Нобелевскую премию по физике 2012 года присудили французу Сержу Арошу и американцу Дэвиду Джей Вайнленду за «создание прорывных экспериментальных методов манипулирования индивидуальными квантовыми системами».

«Их исследования позволили ответить на ряд базовых вопросов физики, таких как когерентность. Самые точные часы в мире в мире созданы с помощью работ сегодняшних лауреатов, а в будущем, возможно, на этих принципах получится построить работу квантовых компьютеров, скорость которых будет неизмеримо выше всех существующих вычислительных машин, — говорится в сообщении Нобелевского комитета. — Серж Арош и Дэвид Вайнленд независимо друг от друга создали и развили методы манипуляции отдельными частицами, сохранив их квантово-механическую природу так, как ранее считалось просто невозможным. Они открыли дверь в новую эру экспериментов в квантовой физике, предложив прямые методы наблюдений индивидуальных квантовых частиц без их разрушения. В школе нас учат тому, что квантовые частицы имеют двойную корпускулярно-волновую природу и в квантовом мире законы классической механики не работают, нужно применять квантовые методы. Однако отдельные частицы не так просто выделить из окружающей среды, и они теряют «таинственные» квантовые свойства, соприкасаясь с внешним миром. Именно поэтому ряд аномальных явлений, предсказанных квантовой физикой, никак не удавалось наблюдать напрямую, и исследователям приходилось изобретать косвенные эксперименты, которые давали базовое подтверждение теоретическим предсказаниям.

Арошу и Вайнленду удалось придумать оригинальные методы, позволяющие измерять и контролировать очень неустойчивые квантовые состояния, «поймать» которые напрямую считалось невозможным.

Два независимо разработанных метода имеют много общего. Дэвид Вайнленд заключал в «ловушку» заряженные атомы (ионы), управляя ими и измеряя их параметры с помощью света, то есть фотонов. Серж Арош пошел в обратном направлении: измеряемыми в ловушке оказались фотоны (частицы света), которые оказались там при прохождении сквозь нее атомов.

Оба лауреата работают в области квантовой оптики и занимаются изучением фундаментальных взаимодействий света и материи — эта область переживает бурное развитие с середины 1980-х годов. Их новаторские методы позволили всем работающим в квантовой оптике ученым сделать первые шаги к созданию нового типа супербыстрых компьютеров — квантовых компьютеров, работающих на особенностях квантовой природы частиц. Квантовые компьютеры, возможно, изменят нашу повседневную жизнь уже в этом столетии также кардинально, как это сделали обычные компьютеры в столетии предыдущем. Еще один результат их работ — создание сверхточных часов, которые в будущем могут стать основой нового стандарта времени, в сто раз более точного, чем современные цезиевые часы».

Сразу после объявления имен лауреатов на пресс-конференции Нобелевский комитет дозвонился до одного из них, Сержа Ароша.

— Я счастлив, — сказал лауреат. — Двадцать минут назад мне сказали, что я получил премию. Я в этот момент шел по улице вместе с женой, и, узнав о премии, я был так удивлен, что вынужден был присесть на первую попавшуюся скамейку. Это просто невероятно.

— Как отпразднуете это событие?

— Еще даже не знаю. Может быть, открою бутылочку шампанского.

— Один из результатов вашей работы — это возможность создания квантовых компьютеров. Как вы думаете, когда эти устройства будут созданы?

— Не знаю точно, мы пока изучаем такую возможность, пытаемся понять, как все происходит на уровне частиц.

Нам предстоит решить много различных проблем для создания квантовых компьютеров. Я в основном был сконцентрирован на теоретических исследованиях, и практическое применение не было для меня самым важным фактором.

Использование квантовых систем - сложный вопрос, и физикам предстоит много узнать о них. Может, это будут не компьютеры, а квантовые симуляторы, какие-то квантовые коммуникации.

— Еще одно применение результатов вашей работы и вашего коллеги, Дэвида Вайнленда, это сверхточные часы. Какое можно будет найти им применение?

— Мои коллеги работают над этим. Существует очень много вариантов применения этих сверхточных часов. С их помощью можно измерять гравитацию, гравитационное поле, использовать их для предотвращения землетрясений. Также им можно найти применение в области фундаментальной физики, например, для проверки теории относительности или для объяснения многих еще необъясненных явлений. Еще их можно использовать в космосе, например, в экспериментах на Международной космической станции.

— Думали ли вы, что получите Нобелевскую премию?

— Многие люди заслуживают премии, и потому возможность получения премии очень мала. Я старался особо не ждать этого, особо об этом не думать. Тем более я не ожидал, что получу премию в этом году. Я очень рад, что премия присуждена также и Дэвиду Вайнленду, он замечательный ученый.

В ходе разговора с лауреатом возникали проблемы с телефонной связью, так что представитель Нобелевского комитета, завершая пресс-конференцию, выразил надежду, что вскоре для звонков будет использоваться «квантовый телефон и связь будет лучше».

По версии агентства Thompson Reuters, в области физики несомненным фаворитом этого года являлись работы по открытию и экспериментальному подтверждению квантовой телепортации (подробнее об этом эффекте можно прочитать в лекции в «Газете.Ru»). Премию должны были разделить Чарльз Беннетт из IBM, Жиль Брассар из Университета Монреаля и Уильям Вуттерс из колледжа Уильямс (Массачусетс, США).

Среди других претендентов значились один из пионеров оптоэлектроники, обнаруживший эффектфотолюминесценции в пористом кремнии, Ли Кэнхэм из Университета Бирмингема (Великобритания), а также авторы работ по «медленному свету» (замедлению световых импульсов в облаке ультрахолодных атомов натрия) Стивен Харрис из Стэнфордского университета (Калифорния) и Лене Хау из Гарвардского университета (Массачусетс, США).

Упоминалось и главное физическое открытие этого года — частица, подобная бозону Хиггса. Однако коль скоро результаты пока не подтверждены с необходимой точностью, эксперты (и Нобелевский комитет) сошлись на том, что бозон Хиггса — тема премии уже 2013 года.

Галактики из «стога сена»

Источник: http://gazeta.ru/science/2012
20 Июль 2012
Текст: Николай Подорванюк
Фото: NASA
Видео

Участники проекта XENON с детектором XENON100

Используя технологию Виртуальной обсерватории, астрономы открыли более двух десятков новых уникальных объектов, компактных карликовых галактик. Ведущую роль в исследовании, которое представляет собой реализацию новой концепции научного исследования, сыграли российские ученые.

За последние десятилетия астрономами накоплено огромное количество наблюдательных данных. Их объем лавинообразно растет год от года, и это делает задачу поиска редкого объекта сравнимой с «поиском иголки в стоге сена». Но есть способы, которые выполняют роль магнита, вытягивая эту «иголку» из гигантского объема данных. Одним из таких способов является Виртуальная обсерватория (ВО) – новая инициатива в международном астрономическом сообществе, представляющая собой инфраструктуру для предоставления прозрачного доступа к каталогам, данным, средствам их обработки и анализа. Основной миссией ВО является увеличение научного выхода астрономических данных – как наблюдательных, так и теоретических. К настоящему моменту ВО достигла достаточной зрелости для решения многих серьезных научных задач.

Тяжелее и быстрее Солнца
Звезды в далеких галактиках двигаются с огромной скоростью, около 510 км/с, что в два с лишним раза превышает скорость вращения Солнца вокруг центра нашей Галактики. При этом далекие галактики оказались...

Решение одной из таких задач описано в статье «Популяция компактных эллиптических галактик, обнаруженная с помощью Виртуальной обсерватории», опубликованной в журнале Science. Статья написана международной группой из восьми ученых, ведущим автором публикации является сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга Игорь Чилингарян, работающий также во французской обсерватории Париж – Медон и Центре данных Виртуальной обсерватории в Париже. Одним из авторов статьи также является Сергей Додонов, глава лаборатории спектроскопии и фотометрии внегалактических объектов Специальной астрофизической обсерватории РАН, расположенной в Карачаево-Черкесии.

Предметом изучения коллектива ученых стали уникальные объекты – компактные эллиптические галактики.

Их светимость сопоставима со светимостью средней карликовой галактики, но при этом их размер в 10 раз меньше, а плотность, соответственно, в 1000 раз больше. Ближайшим представителем этого класса является объект M32 (на фото) – спутник галактики Андромеды M31.

До недавнего времени было известно всего шесть таких галактик. Кроме того, совсем недавно были найдены переходные типы – ультракомпактные карликовые галактики. Одна из шести компактных эллиптических галактик была открыта случайно, при анализе данных по скоплению галактик Abell 496. По результатам спектроскопии, сделанной на одном из 8-метровых телескопов VLT, и архивным данным с космического телескопа имени Хаббла было обнаружено, что вновь открытая компактная эллиптическая галактика является практически двойником M32, имея чуть большие размеры, что, вероятно, связано с окружением объекта.

«Хабблу» стало виднее
Первые фотографии с космического телескопа «Хаббл», которые были сделаны после ремонта, проведенного в мае астронавтами NASA, подтверждают, что телескоп стал работать еще лучше и качественнее....

Открытие компактной эллиптической галактики в скоплении Abell 496 привело группу ученых во главе с Игорем Чилингаряном к задаче систематического поиска таких объектов с использованием методов Виртуальной обсерватории. Эти галактики имеют малый линейный размер, с расстояния 50 мегапарсек с Земли они выглядят, как звезды, поэтому для исследования их структуры необходимо в первую очередь использовать космический телескоп. С использованием технологии Виртуальной обсерватории была создана система автоматического поиска и анализа данных, состоящая их нескольких этапов.

«Мы использовали новый ресурс, содержащий все данные, полученные на космическом телескопе в удобоваримом формате, готовый к научным исследованиям. Были использованы данные, полученные с широкоугольной и планетной камеры WFPC-2 для ближайших скоплений галактик, – рассказал «Газете.Ru» о ходе работы Игорь Чилингарян. – Сначала был извлечен каталог скоплений, из которых мы выбрали те, которые находятся на расстоянии не дальше, чем 200 мегапарсек, так как даже космический телескоп плохо разрешает эти объекты. Затем мы искали изображения этих скоплений, полученные космическим телескопом, автоматически их обрабатывали, при этом использовали два критерия: высокая поверхностная яркость и низкий эффективный радиус, то есть радиус, в котором находится 50 процентов света, половина светимости. В результате мы получили 63 скопления, где нашли 55 кандидатов в компактные эллиптические галактики. В общей сложности было проанализировано свыше 1200 изображений.

Гиганты отняли у карликов звезды
Карликовые сфероидальные галактики, часть из которых являются спутниками Млечного Пути, образовались после того, как из их предшественников более массивные структуры «вытянули» большую часть...

55 кандидатов по сравнению с теми шестью, что были известны до нашей работы, – это совершенно другой качественный уровень».

Для подтверждения того, что эти объекты являются компактными эллиптическими галактиками, требовались спектральные наблюдения, так как, по данным обзора, это могли быть галактики фона, и нужно было определить красное смещение (лучевую скорость), чтобы доказать принадлежность к скоплению. Авторами были сделаны запросы в крупные каталоги, а именно в обзор SDSS (Sloan Digital Sky Survey), полученный на 2,5-метровом телескопе в Нью-Мехико (США), и электронную базу данных астрономических объектов Vizier Service, принадлежащую Центру астрономических данных в Страсбурге. По данным SDSS было получено подтверждение для шести объектов, по данным Vizier Service – еще для восьми.

Для получения информации о более слабых объектах в августе 2008 года были проведены наблюдения на 6-метровом телескопе САО РАН. В результате все семь кандидатов в компактные эллиптические галактики, которые наблюдались в рамках данного исследования, получили спектральное подтверждение.

Таким образом, результатом работы стало открытие 21 новой компактной эллиптической галактики.

Галактики в горошек
Астрономы-любители помогли ученым выделить новую группу галактик, получившую название «Зеленый горошек». Галактики отличаются активным звездообразованием и максимумом излучения, приходящимся...

Все эти галактики имеют металличность выше, чем галактики подобных светимостей. Это, по мнению авторов, указывает на следующую идею об их формировании: они содержат звезды, которые были образованы в более крупных системах. Соответственно, учеными была предложена гипотеза формирования этих объектов – «обдирание», «вытягивание» приливными силами. Для подтверждения этой гипотезы было проведено численное моделирование на суперкомпьютере в Лозанне. Само по себе моделирование занимает около одной-двух недель вычислительного времени. Оно было запущено несколько раз с разными параметрами и полностью воспроизвело все свойства наблюдаемых объектов.

Отличительной особенностью данной работы является то, что все процессы в ней были полностью автоматизированы. «В течение дня можно полностью проделать всю эту работу, используя другие критерии, – утверждает Игорь Чилингарян. – Данное исследование является первым исследованием такого рода, где начальная часть выполнена с помощью Виртуальной обсерватории и потребовала продолжения в виде наблюдений и моделирования».

По мнению Чилингаряна, данная работа представляет собой реализацию новой концепции научного исследования в астрономии, которую можно применить и для любой другой области науки, где данные выкладываются в публичный доступ.

В частности, подобные массивы данных вскоре могут появиться в биологии и в химии.

«Поскольку технология Виртуальной обсерватории находится в постоянной эволюции и разработке, думаю, в будущем количество подобных исследований будет расти, и мы получим важные научные результаты, и так будет выглядеть значительная часть работ, – полагает Игорь Чилингарян. – Проблема в том, что у людей становится данных больше, чем они могут «переварить», и Виртуальная обсерватория – единственный способ разобраться во всем и снять сливки».

Темная материя на ксенон не ловится

Источник: http://gazeta.ru/science/2012
20 Июль 2012
Текст: Оксана Абрамова
Фото: PHYSIK.UZH.CH

Участники проекта XENON с детектором XENON100

Важные ограничения на формы существования темной материи получены в рамках эксперимента Xenon100. Участники проекта рассказали «Газете.Ru» о будущих экспериментах, которые все же позволят узнать, чем-таки является темная материя.

«Темная энергия — это вообще очень волнующая вещь»
Открытие бозона Хиггса стоит в одном ряду с величайшими фундаментальными научными открытиями физики частиц, а Большой адронный коллайдер обладает возможностями переписать современные учебники физики, уверен...

Открытие бозона Хиггса, состоявшееся в начале июля, подтверждает справедливость Стандартной модели, но оставляет открытым ряд других вопросов. «Стандартная модель, например, игнорирует гравитацию и все, что с ней связано, — рассказывал в интервью «Газете.Ru» физик Игорь Голутвин. — Кроме того, в этой теории масса свободных параметров — это величины, которые созданы на кончике пера, они ниоткуда не вытекают. Она не объясняет существования темной материи и темной энергии».

По современным представлениям, на видимую материю приходится около 4% вещества во Вселенной, а все остальное как раз темная материя и темная энергия.

Темная энергия — это неизменная энергетическая плотность, равномерно заполняющая пространство Вселенной. Наличие темной энергии предполагает существование ненулевых давления и энергии в вакууме. Темная материя — это такая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним, что делает невозможным прямое ее наблюдение. Темная материя дает около 22% вклада в общую плотность Вселенной, на темную энергию приходится 74%, на межгалактический газ — 3,6%, а на звезды, планеты и другие более мелкие объекты — всего 0,4%.

Обнаружение темной материи возможно лишь по создаваемым ею гравитационным эффектам, поэтому физики предсказывают существование новых частиц со свойствами, которые делают их идеальными кандидатами на частицы темной материи.

Темная материя потяжелела
Частицы, из которых состоит таинственная темная материя, намного тяжелее, чем считалось до сих пор. Этот факт почти одновременно, с разницей в два дня, установили сразу две команды астрофизиков....

Эти гипотетические частицы называются «вимпы» (с английского WIMP — сокращение фразы Weakly Interacting Massive Particles — слабовзаимодействующие массивные частицы). Прямое обнаружение вимпов позволило бы больше узнать о так называемой Новой физике, которая находится за пределами Стандартной модели, а также подтвердить справедливость современных представлений о существовании темной материи и темной энергии.

В мире проводятся несколько экспериментов по обнаружению вимпов. Один из таких проектов, Xenon, был разработан в 2002 году, и начал свою работу в марте 2006 г.

На нынешней неделе коллаборация этого проекта представила новые данные по поиску вимпов.

Соответствующий эксперимент проводился на приборе Xenon100, расположенном глубоко под землей в Национальной лаборатории Гран-Сассо — одной из четырех лабораторий Национального института ядерной физики (Италия). Эта лаборатория находится в 120 км от Рима, на территории Национального парка Гран-Сассо и Монти-делла-Лага, и является самой большой подземной лабораторией в мире, которая предназначена для проведения экспериментов в области физики элементарных частиц, астрофизики и ядерной физики. Подземные помещения лаборатории располагаются на средней глубине 1400 м, что позволяет исключить влияние постоянно бомбардирующих Землю космических лучей на результаты экспериментов.

В этой лаборатории, в частности, находится детектор OPERA, который в прошлом году на полгода стал автором громкой научной сенсации, ошибочно зарегистрировав (из-за проблем с синхронизацией часов и неисправного кабеля) нейтрино, движущиеся со скоростью, превышающей скорость света.

Схема эксперимента XENON100. Вимп (WIMP), попадая в прибор, взаимодействует с ядром атома ксенона (Sensitive volume), эти события (первичное -- S1 и вторичное -- S2) порождают вспышки света, которые регистрируются путем измерения напряжения // Alan Stonebraker

Прибор Xenon100, в котором в качестве мишени для вимпов используется 62 кг жидкого ультрачистого ксенона, способен измерить крошечный заряд и слабые сигналы, которые, предположительно, должны сопровождать редкие столкновения между вимпами и ядрами атомов ксенона. Чтобы избежать ложных событий, вызванных остаточной радиацией в окружении детектора, в расчет принимаются лишь события, зафиксированные в 34 кг жидкого ксенона во внутренней части прибора. Кроме того, для повышения точности эксперимента и уменьшения влияния фонового излучения прибор экранирован от внешнего излучения специально разработанной оболочкой из слоев меди, полиэтилена, свинца и воды.

Елена Эйприле, руководитель проекта XENON // columbia.edu

В интервью «Газете.Ru» профессор Колумбийского университета Елена Эйприле, которая с 2002 года возглавляет проект Xenon, уточнила, что прибор Xenon100 покрывает большой диапазон масс вимпов от 6 ГэВ до 1000 ГэВ. Наивысшая чувствительность достигается для масс от 50 ГэВ и остается примерно постоянной на протяжении нескольких сотен ГэВ. Результаты, которые будут опубликованы в журнале Physical Review Letters, были собраны в течение 225 дней измерений. Это наблюдательное время пришлись на примерно 13-месячный период, так как помимо достаточно продолжительного обслуживания устройства были периоды неоптимальной точности измерений и их результаты исключены из окончательного набора данных.

Результат пока разочаровывает охотников за темной материей: никаких доказательств существования вимпов получено не было.

По сравнению с предыдущими данными этого же эксперимента, чувствительность прибора была увеличена в 3,5 раза. Это накладывает дальнейшие ограничения на модели Новой физики и еще больше сужает диапазон параметров кандидатов в вимпы, что должно помочь в последующих поисках этих частиц.

Темные иллюзии развеял вакуум
Темная материя – всего лишь иллюзия, производимая эффектом гравитационно поляризованного квантового вакуума, считает исследователь из CERN. Объяснить странное поведение вещества в галактиках можно...

Дальнейшее повышение точности эксперимента либо позволит найти доказательства существования вимпов, либо же обнаружить другие формы существования темной материи («Газета.Ru» рассказывала о некоторых предположениях, какие это могут быть формы).

Для работы в этом направлении планируется использовать как Xenon100, так и новый прибор — Xenon1T, разработка которого ведется в настоящее время. «В ходе этих двух экспериментов будет исследована абсолютно вся область ожидаемых значений параметров вимпов, — рассказала Эйприле. — Прибор Xenon1T начнет работу в 2015 году».

Физик Петр Шагин, активный участник эксперимента XENON // astroparticlelab.rice.edu

«Мы начали создание детектора Xenon1T, значительно превосходящего по чувствительности все существующие агрегаты по поиску темной материи, — пояснил «Газете.Ru» один из участников эксперимента Xenon Петр Шагин. — Мы надеемся, что новый детектор не только позволит улучшить ограничение на существование темной материи, но и, возможно, надежно зарегистрировать неуловимые частицы этой загадочной субстанции».

Команда проекта Xenon состоит из сотрудников 15 американских институтов, а также научных учреждений Франции, Германии, Италии, Нидерландов, Израиля, Португалии, Швейцарии и Китая. «Эксперимент Xenon100 является международным, но, к сожалению, российские институты не принимают в нем участия. Я активно участвую во многих аспектах данного эксперимента, как сотрудник американского Университета Райса (Хьюстон, США)», — отметил Петр Шагин, уроженец Архангельска, в 1986 году ставший в качестве сотрудника Института физики высоких энергий лауреатом премии Ленинского комсомола «за обнаружение и исследование G (1590) — мезонановой элементарной частицы со свойствами глюбола».

Поглощенная звезда помогла установить массу черной дыры

Источник: http://gazeta.ru/science/2012
15 Июль 2012
Текст: Оксана Абрамова
Фото: CHRIS BLAKE AND SAM MOORFIELD

Одна из программ SDSS-III — BOSS, предназначенная для измерения скорости расширения...

Вышла в свет новая версия самого крупного в истории обзора трехмерной структуры Вселенной – SDSS-III. Участник проекта Дмитрий Бизяев рассказал «Газете.Ru» о будущем этого обзора и о возможности России присоединиться к работе над ним.

До середины 80-х годов ХХ века данные астрономических наблюдений, полученные с помощью наземных и космических телескопов, поступали в открытые архивы с большой задержкой, а информация, которая хранилась на фотоплёнках и фотопластинках, не могла быть обработана автоматически. Ситуация начала меняться в лучшую сторону в 1987 году, когда профессор Принстонского университета Джеймс Эдвард Ганн впервые предложил использовать цифровые технологии для астрономических наблюдений. Его идея заключалась в том, чтобы оснастить телескоп камерой и спектрографом с ПЗС-матрицей максимально высокого разрешения, для того чтобы иметь возможность автоматически сканировать большие участки неба и собирать информацию о миллионах различных космических объектов. Использование цифровых камер, спектроскопов и компьютеров должно было существенно повысить качество астрономических наблюдений, позволить собрать большое количество статистической информации и сделать результаты наблюдений доступными астрономам всего мира.

Идея, высказанная Ганном, была одобрена астрономическим сообществом и в итоге привела к возникновению проекта SDSS (Sloan Digital Sky Survey – Слоановский цифровой обзор неба) – самого большого на сегодняшний день обзора трехмерной структуры Вселенной.

Своё название Слоановский цифровой обзор неба получил по имени Альфреда Слоана (1875 – 1966) – президента корпорации General Motors, который в 1934 г. основал богатый благотворительный фонд, подключившийся в начале 90-х гг. ХХ в. к финансированию проекта.

Наблюдения проводятся на 2,5-метровом широкоугольном оптическом телескопе, расположенном в обсерватории Апачи-Пойнт (Нью-Мехико, США). По современным меркам это сравнительно небольшой телескоп, ведь сейчас в астрономии правят бал 8–10-метровые телескопы, а не за горами и эпоха телескопов с зеркалами размером несколько десятков метров. Однако подбор высокопрофессиональной команды и то, что астрономы и инженеры проекта продумывают каждый шаг, а также заботятся о том, чтобы данные были удобны для дальнейшего использования всеми заинтересованными учёными, позволил обзору SDSS стать весьма успешным проектом.

За последние годы количество публикаций, основанных на данных SDSS, превысило количество публикаций, основанных на наблюдениях космического телескопа «Хаббл» (цифровую камеру для которого разрабатывал Джеймс Эдвард Ганн), а также на данных обсерватории ESO.

Изучение большого количества галактик, квазаров и измерение расстояний до них позволяет построить трёхмерную карту распределения материи во Вселенной, определить соотношение между тёмной и видимой материей, исследовать свойства и распределение пыли, проверить теории формирования и эволюции галактик, а также открывать очень редкие и необычные квазары, звёзды и галактики, интересные с научной точки зрения. К редким объектам, например, относятся звёзды, вещество которых практически не содержит металлов. Это самые старые обитатели нашего «дома» – галактики Млечный Путь. Изучение этих звёзд поможет понять, как формировалась наша Галактика, однако такие звёзды чрезвычайно редки, и только крупномасштабная съёмка неба помогает выявить достаточное их количество, чтобы можно было строить и проверять различные научные теории.

Далекие галактики стали доступнее
Российские астрономы, обработав с помощью Виртуальной обсерватории данные относительно 200 000 галактик, изобрели методику, которая позволит определять структуру далеких галактик, расстояние до них и другие...

Официально сбор данных в рамках проекта SDSS начался в 2000 г. Первый этап проекта, SDSS-I, пришёлся на 2000–2005 годы, второй, SDSS-II, – на 2005–2008 годы, а в середине 2008-го стартовал SDSS-III, который продлится до 2014 года.

На сегодняшний день наблюдениями покрыто 14 555 квадратных градусов звёздного неба, в каталог обзора вошло около миллиарда (932 891 133) объектов, получено 1 457 002 спектра галактик и 228 468 спектров квазаров, а также 668 054 звёздных спектра.

На первом этапе проекта были обнаружены более 10 000 неизвестных ранее астероидов и определён их состав, а также открыто несколько десятков самых холодных звёзд – коричневых карликов.

Изображения неба SDSS закончил получать в ноябре 2009-го, и с тех пор этот проект является исключительно спектроскопическим, что делает его очень актуальным. На сегодняшний день планируется с помощью более мощных телескопов создать несколько новых, более глубоких обзоров неба, однако спектральный обзор масштаба SDSS остаётся вне конкуренции: сейчас спектрограф SDSS способен получить в ясную ночь порядка 1000 спектров за 1 час наблюдений, и этим он уникален.

На днях был опубликован девятый релиз данных SDSS (DR9), который представил самый последние данные обзора SDSS.

Область покрытия неба DR9 // https://www.sdss3.org/dr9/

DR9 включает в себя первые результаты одной из четырёх программ SDSS-III –Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS, Спектроскопическая Служба Барионных Осцилляций). Она предназначена для измерения скорости расширения Вселенной и сосредоточена на изучении красных галактик большой светимости и квазаров, а также на составлении карты их пространственного распределения.

Астрономия на диване
Под конец 2009 года, который был объявлен ООН международным годом астрономии, научный сотрудник ГАИШ МГУ, кандидат физико-математических наук Иван Золотухин рассказывает об изменениях в процессе астрономических...

Еще одна программа SDSS-III – это APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment – Эксперимент по Эволюции Галактик Обсерватории Апач-Пойнт), который создан для изучения при помощи ИК-спектроскопии 100 000 звёзд – красных гигантов, расположенных в галактическом балдже, баре, диске и гало. Полученная информация будет использована для изучения пыли, находящейся во внутренних областях Галактики. Программа MARVELS (Multi-object APO Radial Velocity Exoplanet Large-area Survey) создана для поиска планет-гигантов, для чего будут изучены 11 000 наиболее ярких звёзд. Четвёртая часть проекта – SEGUE-2 (Sloan Extension for Galactic Understanding and Exploration 2) – разработана для картографирования внешних областей Млечного Пути и получения спектров 240 000 звёзд.

В девятый релиз вошли более 800 000 спектров (полученные с помощью нового 1000-волоконного BOSS-спектрографа) с более чем 3300 квадратных градусов небесной сферы, а также все изображения и спектры предыдущих релизов SDSS и скорректированные астрометрические данные из восьмого релиза данных.

Кроме того, была опубликована новая трехмерная карта массивных галактик и чёрных дыр, которая содержит ключи к пониманию тёмной материи и тёмной энергии, двух величайших тайн нашего времени, которые составляют 96% вещества во Вселенной.

Как известно, видимое вещество во Вселенной группируется в некоторую «ячеистую» структуру, которая похожа на скопление мыльных пузырей. SDSS-III изучает эту структуру, чтобы определить природу тёмной энергии и распределение тёмной материи во Вселенной. Если в начале прошлого года SDSS-III выпустила крупнейшее в мире изображение неба, то в новой версии данных SDSS-III расширяет это изображение до полной трехмерной карты Галактики (которую планируется создать за 6 лет работы SDSS-III), и сейчас уже доступна одна треть этой карты.

Галактики из «стога сена»
Используя технологию Виртуальной обсерватории, астрономы открыли более двух десятков новых уникальных объектов, компактных карликовых галактик. Ведущую роль в исследовании, которое представляет собой реализацию...

Поскольку скорость света конечна, то, заглядывая всё дальше вглубь Вселенной, мы видим всё бо&11083;ее молодые объекты. DR9 включает в себя спектры 540 000 галактик, которые излучали их, когда Вселенная была в два раза моложе, чем сейчас.

Новые данные DR9 содержат информацию не только о далёких космических объектах, но и о нашей Галактике. Они включают в себя лучшие на сегодняшний день оценки химического состава более полумиллиона звёзд Млечного Пути, которые помогут нам понять историю её образования и эволюции. Описание нового релиза проекта находится в статье, с которой можно ознакомиться на сайте препринтов ArXiv.org.

Участники проекта отмечают, что несомненным его достоинством является доступность результатов наблюдений в интернете для всех желающих – научных сотрудников, студентов, преподавателей и любителей астрономии. Это поможет всем вместе трудиться над поиском вопросов об образовании, строении и эволюции нашей Вселенной. Кроме того, сайт SkyServer, на котором размещена информация о проекте SDSS, содержит планы уроков для учителей, которые преподают астрономию, физику, математику и т. д.

Данные DR9 будут также представлены в новой версии научного интернет-проекта «Галактический зоопарк» (Galaxy Zoo), привлекающего широкий круг добровольцев и астрономов-любителей, что позволяет волонтёрам вносить свой вклад в передовые исследования в области астрономии.

Выход нового релиза SDSS для «Газеты.Ru» прокомментировал Дмитрий Бизяев, один из наблюдателей, принимавших участие в работе над проектом SDSS, а также участник команды APOGEE.

– Каковы дальнейшие планы проекта?

– Десятый релиз ожидается через год. Следующий выпуск SDSS принесет астрономам качественно новые данные. Спектры далёких галактик и квазаров, полученные со спектрографа BOSS, будут дополнены данными следующего года наблюдений. Уникальный эксперимент по галактической археологии APOGEE предоставит свои первые инфракрасные спектры для общего использования. Также планирует выпустить свои данные эксперимент по поиску планет MARVELS.

– Планируются ли дальнейшие этапы SDSS и чего от них можно ожидать?

– Обзор SDSS планируется продолжать и после окончания SDSS-III, т. е. после 2014 года. Однако это, конечно, и вопрос финансирования. В случае если SDSS-IV состоится, он порадует научную общественность принципиально новыми данными. Картографирование малоисследованных удалённых областей Вселенной будет продолжено на новом уровне. Эксперимент по галактической археологии начнёт получать данные с южной части неба (Южного полушария). Третья часть SDSS-IV (это эксперимент по спектральному картографированию галактик в ближней Вселенной, MaNGA) будет использовать модифицированный SDSS спектрограф для изучения панорамных спектров около 10 000 относительно близких галактик.

Вкратце можно сказать, что стоит ожидать многих открытий, а также уникальных данных, которые будут доступны для всего астрономического сообщества.

– Можете ли вы сравнить работу американских и российских астрономов?

– И в той, и в другой системе есть свои плюсы и минусы. Однако общая тенденция такова, что наука в США получает большую финансовую поддержку, профессия учёного там довольно престижна, а статус высок. Американская система позволяет учёным сконцентрироваться на научных исследованиях и карьере. Для России же это больной вопрос...

– Возможно ли участие российских учёных в обзоре SDSS, и если да, то на каких условиях? И что это нам даст?

– Сейчас как раз самое время обсудить, нужно ли России участие в больших современных научных проектах. Дело в том, что SDSS открывает двери и приглашает заинтересованные институты для участия в SDSS-IV. Участие небесплатное, но «вступительный взнос» весьма скромен по меркам крупных современных проектов – меньше 1 млн долларов за пять-шесть лет работы обзора.

Но дальше встаёт вопрос, что Россия получит от участия в SDSS.

Дело в том, что вступление в «клуб» участников обзора само по себе не даёт ничего, кроме возможности ставить (а точнее, предлагать) свои задачи в рамках существующих или разрабатываемых приборов (телескопа и спектрографов), а также возможности немедленного доступа к данным наблюдений и их обработки. Как это ни парадоксально звучит, вступление в SDSS потребует дополнительной работы и участия в производстве данных и их анализе.

Я считаю (но это моё личное мнение, конечно), что России будет очень полезно участвовать в SDSS.

Даже при том, что сейчас активно обсуждается вступление России в ESO. Нужно организовать рабочую группу на базе нескольких заинтересованных институтов: ГАИШ МГУ, ИНАСАН, возможно, САО РАН. Такая практика вполне обычна для SDSS: помимо множества американских университетов и Кембриджа в нём участвуют Французская группа участников, Немецкая группа участников, Бразильская группа участников, Испанская группа участников и многие другие.

Но в случае России просто оплатить вступительный взнос недостаточно.

Необходимо, чтобы правительство или частный фонд поддержали, а точнее, стимулировали участие российских астрономов в обзоре. Т. е. должны быть выделены дополнительные средства (в идеале – на уровне вступительного взноса) на мини-гранты, связанные с SDSS, для, скажем, 10 учёных (на уровне научного сотрудника) и 10–15 студентов. Т. е. главное, что может получить Россия от участия в SDSS, – это не доступ к данным, а опыт работы в больших международных проектах и возможность показать себя.

Поглощенная звезда помогла установить массу черной дыры

Источник: http://lenta.ru/news
03 Июль 2012

Поглощение звезды черной дырой в представлении художника. Изображение NASA/Goddard Space Flight Center/CI Lab

Астрономы вычислили массу сверхмассивной черной дыры по периодичности излучения остатков поглощенной ей звезды. Работа опубликована в журналеScience, кратко о ее содержании пишет ScienceNow.

Исследователи проанализировали излучение от гамма вспышки Swift J1644+57, зафиксированной в конце марта 2011 года. По словам ученых, это была самая яркая и мощная вспышка из всех, когда-либо зафиксированных астрономами. Поначалу исследователи считали причиной вспышки взрыв сверхновой, но впоследствии это оказалось не так - взрывы сверхновых обычно затухают в течение нескольких дней, в то время как излучение Swift J1644+57 продолжалось в течение месяцев. Источником вспышки оказалось излучение разогретого материала звезды, поглощаемой черной дырой.

Исследователи обнаружили, что излучение меняется по интенсивности с периодом в 200 секунд. По словам астрономов, это объясняется вращением аккреционного диска вокруг черной дыры. Основываясь на этой периодичности и других характеристиках излучения, авторы смогли вычислить приблизительную массу объекта, поглотившего звезду. Она оказалась равной от 0,45 до 5 миллионов &11084;асс Солнца, что характерно для класса сверхмассивных черных дыр, которые можно обнаружить в центре большинства галактик. Цифра приблизительно соответствует ранее высказанным оценкам, хотя последние и оказались немного завышенными.

Данные об объекте собирались несколькими телескопами. Первым вспышку зафиксировал телескоп SWIFT, а затем к ее излучению подключили телескопы "Хаббл" и "Чандра". На основе анализа собранных ими данных ранее были опубликованы две работы, объясняющие необычную яркость и длительность вспышки. Ее уникальность оказалась связана, во-первых, с тем, что джет от черной дыры был направлен в сторону Земли, а во-вторых, с тем, что поглощение звезды проходило постепенно.

Американские физики реализовали квантовый алгоритм Шора

Источник: http://www.lenta.ru/news/
28 Июль 2012

Построенный учеными квантовый процессор. Буквами Q обозначены кубиты, B и М - волноводы. Также отмечены контрольные каналы и канал, по которому специально подготовленные фотоны поступают внутрь процессора

Американские физики из университета Санта Барбары сделали очередной шаг на пути создания полноценного квантового компьютера - они смогли полноценно реализовать квантовый алгоритм Шора на системе с тремя кубитами. Статья ученых вышла в Nature Physics, а ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

В рамках исследования ученые собрали квантовый процессор, состоящий из девяти элементов: четырех кубитов - квантовых аналогов бита, способных находиться в суперпозиции сразу нескольких состояний, а также и пяти сверхпроводящих волноводов. Вся система была реализована на алюминиевой подложке, охлажденной до нескольких милликельвинов. Кубиты представляли собой колеблющиеся частицы, а переносчиками взаимодействия выступали фотоны.

На первом этапе исследования ученые продемонстрировали, что их система действительно представляет собой квантовый компьютер, то есть в ней наблюдаются квантовые эффекты. Например, они показали, что процессор способен запутывать (то есть особым образом связывать некоторые параметры) пары и тройки кубитов.

После этого ученые продемонстрировали, что, используя только три кубита, система способна реализовать алгоритм Шора. Это квантовый алгоритм, предназначенный для разложения чисел на множители. В качестве объекта исследования бралось число 15 - это наименьшее нечетное составное число, не представимое в виде степени простого (такие условия накладывает алгоритм Шора).

Так как все квантовые алгоритмы имеют вероятностную природу, то исследователи провели около 150 тысяч тестов и установили, что алгоритм дает правильный ответ примерно в 48 процентах случаев, что хорошо согласуется с теоретическими предсказаниями. Ученые утверждают, что новая система работает в некоторых аспектах быстрее своих аналогов. Это, по словам физиков, которые приводит ScienceDaily, является важным шагом на пути создания масштабируемых квантовых систем.

Впервые 15 было разложено на простые множители квантовым компьютером IBM еще в 2001 году с использованием 7 кубитов, однако, тогда многие говорили, что речь идет не о полноценной квантовой системе. В 2007 году ученые из Бристольского университета представили техническую реализацию алгоритма Шора, в которой, среди прочего, наблюдалась запутанность, однако характеристики работы компьютера не изучались.

Климат помнит все

Источник: http://gazeta.ru
Дата: 10.08.12
Текст: Дмитрий Малянов
Фото: ISTOCKPHOTO

Настоящее глобальное изменение климата произошло задолго до возникновения цивилизации — 900 тысяч лет назад, в эпоху плейстоцена, установили палеоклиматологи из Кембриджа, предложившие новые метод изучения климатической истории Земли.

Группа палеоклиматологов из Кембриджа объявила, что им удалось достигнуть существенного прорыва в корректной интерпретации наблюдательных данных, описывающих динамику толщины антарктического ледяного щита и температуры океана за последние 1,5 млн лет.

Результаты исследований, опубликованные в ночь на пятницу в Science, выводят многолетнюю дискуссию о связи между динамикой оледенений и периодическими изменениями орбитальной траектории, по которой Земля вращается вокруг Солнца, на принципиально новый уровень.

Зная, как и почему климат менялся на протяжении больших временных отрезков в прошлом, мы научимся точней оценивать влияние на климат факторов более низкого порядка, прежде всего антропогенных.

Изменения орбиты Земли, являясь результатом взаимодействия стабильных и больших объектов — Солнца, Земли, Луны и планет Солнечной системы — просчитывается с очень высокой точностью как назад во времени, так и вперед. Между тем попытки обнаружить корреляцию между динамикой оледенений и этим макрофактором — периодическими колебаниями инсоляции из-за прецессии земной орбиты, получившими название «циклы Миланковича», — терпели неудачу.

Последнее связано с тем, что известный метод мониторинга оледенений по соотношению изотопов кислорода в раковинах ископаемых фораминифер (в тёплые периоды содержание в морской воде тяжёлого изотопа кислорода-18 уменьшается, что отражается на его содержании в раковинах этих микроорганизмов) не позволяет разделять два важных типа данных — температурную кривую океана и кривую, отображающую изменения толщины ледяного панциря на полюсах, так как выяснилось, что на концентрацию изотопов оказывают влияние оба этих процесса.

В результате остается непонятным, как именно откликается «климатическая машина» Земли на периодические изменения инсоляции.

«Если вы не можете отделить друг от друга данные по толщине льда и данные по температуре океана, вы никогда не скажете, с чем именно приходится иметь дело, фиксируя те или иные глобальные климатические изменения в далеком прошлом: с резким ли изменением толщины полярной ледяной шапки, изменением температуры океана или с тем и другим одновременно. Так, мы, например, не знали, как именно и в какой последовательности протекали эти процессы до, во время и после среднеплейстоценового перехода», — поясняет ведущий автор статьи профессор Харри Элдерфилд.

Во время упомянутого перехода, начавшегося примерно 1,25 млн лет назад и длившегося 600 тысяч лет, произошло серьезное изменение в динамике и продолжительности оледенений.

Если до него интервалы между теплыми и холодными максимумами составляли 41 тыс. лет, то после они увеличились до 100 тыс. (в одном из таких интервалов — в теплой фазе климатического цикла — живем сейчас мы с вами).

Новый метод, опробованный кембриджской группой, позволил отделить данные по температурной динамике океана от данных по динамике накопления и таяния льда в полярных ледяных шапках и получить беспрецедентно подробную картину климатических изменений и сопровождающих их процессов на отрезке в 1,5 млн лет — начиная с «пролога» среднеплейстоценового перехода и кончая нашим временем.

Для этого были вновь использованы фораминиферы, но замеряемым параметром стало на этот раз не соотношение изотопов кислорода, а соотношение магния и кальция.

Поскольку магний при более высокой температуре поглощается быстрей, о динамике температуры океана можно судить по концентрации этого элемента в раковинах. Исследовав образцы осадочных пород, взятых в районе банки Четхэма (океанической отмели, протянувшейся на восток от западного побережья Новой Зеландии), авторы статьи установили, как изменялась температура океана последние 1,5 млн лет, и затем сопоставили полученные данные с результатами изотопного анализа тех же образцов.

«Наконец-то стало ясно, что происходило с температурой океана и отдельно с южным ледяным щитом на протяжении этого периода»,

— объясняет Элдерфилд.

Как выяснилось, полярная ледяная шапка более, так сказать, драматично реагировала на прецессию земной орбиты и, как следствие, режима инсоляции, чем океан.

При продолжительном уменьшении инсоляции температура соленого океана падала до определенного предела и дальше уже не понижалась (соленая вода в данном случае играла роль температурного буфера), в то время как толщина ледяного панциря на фоне продолжительных низких температур медленно, но неуклонно росла. При очередном увеличении инсоляции накопившийся лед не успевал растаять, и продолжительность оледенения увеличивалась.

Было установлено, что резкое, напоминающее фазовый переход удлинение таких ледниковых периодов произошло 900 тыс. лет назад, когда на фоне пониженной летней инсоляции Южного полушария следующий ледниковый цикл удлинился до 100 тысяч лет.

И произошло это не постепенно, как считалось раньше, а довольно быстро — по геоклиматическим, конечно, меркам.

Интересно, что последующее удлинение ледниковых циклов, зафиксированное как устойчивый тренд 700—600 тыс. лет назад, уже не сопровождалось существенными колебаниями земной орбиты и глобальное изменение климата происходило без участия этого фактора. Похоже, «климатическая машина» демонстрировала здесь эффект гистерезиса, когда поведение системы на определенном интервале времени во многом определяется её предысторией. В данном случае событием фазового перехода, случившегося 900 тыс. лет назад.

В одной из фаз климатического гистерезиса живем сейчас и мы с вами, хотя, как дальше будет эволюционировать климат Земли, «климатическая память» длиной в миллион лет пока не объясняет.

Как бы то ни было, проследить связь между этими явлениями — прецессией орбиты, температурой океана и динамикой оледенения, опираясь не на спекулятивную климатическую модель, а данные опытных наблюдений, — удалось впервые.

Теперь авторы намереваются выяснить, используя магнийкальциевый метод ретроспективного мониторинга температуры океана, как изменения земной орбиты влияли на локальный климат в разных частях Земли.

«Любая неопределенность касательно нашего понимания климатических процессов вызывает стойкое ощущение, что мы вообще ничего не понимаем в поведении климата — ни в том, как он реагирует на естественные воздействия, ни на антропогенные. Но если мы сможем понять, чем были вызваны предыдущие сдвиги и каковы были их последствия, появляется больше шансов, что мы сможем предсказать и подготовиться к грядущим изменениям климата», — резюмирует профессор Элдерфилд.

Впрочем, до такого понимания еще очень и очень далеко.

Хиггсовский бозон: открытие и планы на будущее

Источник: http://elementy.ru
Дата: 16.07.12
Текст: Игорь Иванов

Рис. 1. Одно из событий рождения хиггсовского бозона и его распада на два фотона, зарегистрированных детектором CMS. Изображение из доклада 4 июля

4 июля ЦЕРН объявил об открытии бозона Хиггса — частицы, которая играет ключевую роль в современной физике микромира и которую ученые искали почти полвека. На смену поискам теперь приходит всестороннее изучение хиггсовского бозона и попытки увидеть Новую физику в его свойствах.

4 июля 2012 года на специальном семинаре в ЦЕРНе были представлены новые данные по поиску хиггсовского бозона на Большом адронном коллайдере. Две главные коллаборации, работающие на Большом адронном коллайдере, ATLAS и CMS, показали, что намеки на бозон Хиггса, появившиеся в 2011 году, подтверждаются и данными 2012 года. Их совместный вывод таков: хиггсовский бозон можно считать открытым.

Простыми словами

На «Элементах» неоднократно рассказывалось о том, что такое хиггсовский бозон, зачем он нужен, как его ищут и как вообще протекают эксперименты на современных ускорителях. Сообщения, касающиеся бозона Хиггса, регулярно появлялись в нашей ленте новостей, поэтому с предысторией вопроса лучше познакомиться там.

Значение хиггсовского бозона можно сформулировать в одном предложении: это частица — отголосок хиггсовского механизма, ключевого элемента всей Стандартной модели, современной теории устройства микромира. Его теоретически предсказали и начали искать на ускорителях почти полвека назад, но эти поиски до сих пор оставались безрезультатным. 4 июля эта полувековая эпопея подошла к концу: об открытии бозона Хиггса было объявлено в ЦЕРНе. Это открытие совсем не означает, что дело сделано и коллайдер можно закрывать. Напротив, самое интересное начинается только сейчас: на смену поискам пришла эра исследований свойств хиггсовского бозона.

Дело в том, что главная задача Большого адронного коллайдера — открыть Новую физику, некий пласт реальности, на котором базируется Стандартная модель, но который до сих пор оставался скрытым от нас. Большой адронный коллайдер имеет все шансы начать исследование этой грани нашего мира сразу по нескольким направлениям, и свойства хиггсовского бозона — одно из них. Поэтому бозон Хиггса «нужен» физикам не столько сам по себе, сколько как дверь, выводящая нас на новый уровень понимания мира. Можно ожидать, что в ближайшие пару десятилетий по мере накопления статистики Большой адронный коллайдер будет уточнять все доступные ему характеристики этой частицы, ограничивать фантазии физиков-теоретиков, и тем самым прояснять картину микромира.

Конечно, после объявления этого результата могу возникнуть резонные вопросы: точно ли этот бозон открыт? почему физики уверены, что это именно хиггсовский бозон, а не что-то иное? Эти вопросы обсуждаются ниже, а пока что достаточно сказать, что подавляющее большинство самих физиков уверены, что это действительно хиггсовский бозон — уж слишком хорошо его свойства напоминают предсказанные свойства бозона Хиггса.

Перед тем как приступать к подробному описанию данных, полезно сделать два очень общих замечания. Во-первых, это не просто рядовое открытие еще одной новой частицы (так, новых адронов в последние годы было открыто предостаточно, в том числе и на LHC). Это открытие по-настоящему нового типа материи. До этого физики имели дело лишь с частицами вещества (электроны, протоны и т. д.), либо с частицами —переносчиками взаимодействия, квантами силовых полей (фотоны, глюоны, тяжелые W- и Z-бозоны). Но хиггсовский бозон не является ни тем, ни другим; это «кусочек» хиггсовского поля, которое является совсем иной субстанцией и занимает совсем иное место в устройстве нашего мира.

Во-вторых, это один из редких примеров «открытия на кончике пера», то есть обнаружения нового свойства нашего мира сначала в теории, а затем экспериментально. В физике частиц теория, как правило, следует за экспериментом, объясняет полученные результаты. Очень редко происходит так, что вначале теоретики, опираясь на косвенные намеки и математическую стройность, конструируют совершенно новую теорию словно из ничего, и лишь затем в работу включаются экспериментаторы, доказывающие, что эта теория действительно относится к нашему миру. Вся Стандартная модель, и открытие хиггсовского бозона как завершающий ее элемент, как раз такого типа.

Новые данные LHC

Особенность квантового мира состоит в том, что в нем происходят все процессы, которые в принципе могут произойти, но только с разной вероятностью. Поэтому для того, чтобы заметить какой-то очень редкий процесс в столкновениях протонов, надо просто повторить столкновение в одинаковых условиях много раз, и тогда изредка оно будет идти тем путем (на языке физиков — по тому каналу), который физики хотят изучить. Конечно, на него наложится множество иных процессов (которые создают ненужный фон), и потому главная задача экспериментаторов — это не столько инициировать, сколько заметить нужный процесс.

Рождение хиггсовского бозона — процесс не слишком редкий, однако углядеть его следы среди прочих «осколков протонов» непросто. Пока статистики было мало, возможные проявления этого процесса тонули в фоне, были неотличимы от его флуктуаций. Однако по мере роста объема данных (который измеряется в обратных фемтобарнах, fb–1 и называется интегральной светимостью) флуктуации сглаживались, и в определенных областях по массе физики начали подозревать «руку» бозона Хиггса.

К концу 2011 года интегральная светимость, накопленная на каждом из двух главных детекторов Большой адронного коллайдера ATLAS иCMS, достигла примерно 5 fb–1, уже довольно серьезной величины. Поскольку ожидаемое сечение рождения бозона Хиггса составляет десятки пикобарн, в этой статистике должна была скрываться примерно сотня тысяч событий с рождением и распадом хиггсовского бозона. 13 декабря 2011 года на семинаре в ЦЕРНе были представлены предварительные результаты обработки этих данных, которые явно указывали на то, что в районе 125 ГэВ происходит что-то интересное (см. подробности в новости ЦЕРН сообщает о первых намеках на обнаружение хиггсовского бозона). Статистической значимости обнаруженного тогда сигнала было недостаточно для заявления об открытии частицы, однако было ясно, что при двух-трехкратном увеличении статистики бозон Хиггса (если это, конечно, он, а не игра случая) должен будет проявиться во всей красе. Поэтому неудивительно, что в планах работы коллайдера в 2012 году появился ключевой пункт: обеспечить набор светимости, который позволит детекторам ATLAS и CMS независимо друг от друга открыть бозон Хиггса к концу 2012 года.

Говоря это, руководители ЦЕРНа перестраховались. В апреле-июне коллайдер работал практически идеально, так что к середине июня было накоплено еще 6 fb–1, то есть общая статистика выросла более чем вдвое. При этом работа в 2012 году велась на полной энергии протонных столкновений 8 ТэВ против 7 ТэВ в прошлом году. Повышение энергии протонов дополнительно повысило частоту рождения бозона Хиггса, поскольку сечение этого процесса заметно растет с увеличением энергии. Наконец, так называемый «look-elsewhere effect», который заметно снижал глобальную статистическую значимость хиггсовского сигнала полгода назад, должен был ослабеть в свете новых данных. Да и сами физики, работающие на LHC, набрались опыта и усовершенствовали методы анализа данных. Поэтому были все основания ожидать от церновского семинара действительно громких заявлений.

Каналы распада и их особенности

Хиггсовский бозон нестабилен и очень быстро распадается на другие частицы. Предпочтения, на что распадаться, зависят от его массы. Для массы в районе 125 ГэВ ситуация такова, что нет какого-то одного абсолютно удобного для анализа канала распада, что заметно усложняет поиск этой частицы. С одной стороны, в подавляющем большинстве случаев хиггсовский бозон с такой массой распадается на кварк-антикварковую пару: H→b-анти-b. Однако такой канал распада очень «грязный» — в типичном столкновении рождаются сотни других адронов, и заметить среди них именно ту b-кварковую пару, которая возникла от распада бозона Хиггса, очень трудно.

Есть также небольшая вероятность распасться на четыре лептона через два промежуточных Z-бозона (например, H→ZZ*→e+e–μ+μ–). Этот канал очень чистый, его легко отделить от фона, но ожидаемое количество таких событий составляет всего несколько штук. Поэтому ситуация в этом канале пока что сильно зависит от случая и от умения экспериментаторов правильно идентифицировать рожденные частицы.

Имеется также распад хиггсовского бозона на два фотона: H→γγ. Это тоже довольно чистый канал, однако вероятность такого распада составляет всего 0,2%. Здесь, впрочем, есть фон (простое излучение двух фотонов в столкновении без рождения бозона Хиггса), но с ним можно бороться. Наконец, существуют распады и на другие каналы, в частности на два тау-лептона или на два W-бозона, которые, хоть погоду не сделают, но тоже должны приниматься во внимание.

Возвращаясь к распаду бозона Хиггса на b-анти-b-пару, стоит отметить, что на самом деле этот канал не так безнадежен, как казалось еще несколько лет назад. Этот распад можно попробовать увидеть в так называемом ассоциированном рождении хиггсовского бозона, то есть его совместном возникновении с W- или Z-бозоном (такой процесс условно обозначается VH-рождение). Дополнительный бозон как бы помогает обнаружить хиггсовский бозон; конечно, вероятность такого совместного рождения меньше, но зато можно использовать доминирующий канал распада. К слову, именно этот канал оказался самым важным в поиске хиггсовского бозона на Тэватроне.

На все эти каналы распада полезно посмотреть еще и с точки зрения быстроты их обработки. Вообще говоря, обычно физики никуда не торопятся, стараются максимально подробно изучить данные и перепроверить выводы. Но конкретно в этой ситуации важную роль играл фактор времени: предварительный анализ данных 2012 года планировалось завершить к началу конференции ICHEP-2012, которая стартовала 5 июля. Поэтому неудивительно, что основной упор делался на самые «удобные» для анализа каналы распада — на два фотона и на ZZ с последующим распадом на 4 лептона. Эти каналы практически нечувствительны к эффекту нагромождения событий (pile-up), который сказывается всё сильнее при повышении светимости. Так, коллаборация ATLAS обработала только эти два канала в статистике 2012 года, а по остальным каналам она использовала лишь данные 2011 года. Коллаборация CMS, однако, сумела проанализировать все основные каналы распада.

Результаты, представленные 4 июля

Представители обеих коллабораций посвятили первую часть своих докладов описанию особенностей детектора и тем новшествам в методиках сбора и анализа данных, которые возникли за последние месяцы. Затем были представлены новые данные по отдельным каналам распада, а в конце были показаны результаты объединения поисков по всем каналам.

Хиггсовский сигнал в данных ATLAS в каналах распада на два фотона и на четыре лептона через промежуточное ZZ состояние

Рис. 2. Хиггсовский сигнал в данных ATLAS в каналах распада на два фотона (слева) и на четыре лептона через промежуточное ZZ состояние (справа). В случае ZZ распада для примера разными цветами показано, как должен был бы выглядеть хиггсовский бозон с массой 125, 150 и 190 ГэВ. Изображения из доклада 4 июля

В случае коллаборации ATLAS разбивка выглядела так:

В канале H→γγ ожидалось порядка 170 событий за счет рождения и распада бозона Хиггса. Все они потонули бы в десятках тысяч фоновых событий в области от 110 до 150 ГэВ, если бы не отличное энергетическое разрешение детектора и надежная идентификация фотонов. Предварительные данные ATLAS в этом канале (см. рис. 2, слева). продемонстрировали небольшой, но довольно заметный пик при массе 126 ГэВ. Самое важное, что этот пик присутствует на одной и той же массе и в данных 2011-го, и в данных 2012 года. Глобальная статистическая значимость хиггсовского сигнала в одном только двухфотонном канале получилась 3,6 стандартных отклонения (σ).
В канале H→ZZ* с последующим лептонным распадом Z-бозонов ожидалось примерно пять событий рождения бозона Хиггса в области масс от 120 до 130 ГэВ плюс сравнимое количество фоновых событий, «выживших» после всех этапов отсева. Реально наблюдалось 13 событий, что надежно свидетельствует о превышении данных над бесхиггсовским фоном (рис. 2, справа). Глобальная статистическая значимость в этом канале составила 2,5σ.
По остальным каналам были учтены только данные за 2011 год, однако они были обработаны заново, с учетом накопленного опыта.

После учета всех каналов рождения и распада, ATLAS представил общий результат: имеется пик при массе примерно 126,5 ГэВ, его локальная статистическая значимость составляет 5,0σ, глобальная — чуть ниже, 4,3σ.

Хиггсовский сигнал в данных CMS в каналах распада на два фотона и на четыре лептона через промежуточное ZZ состояние

Рис. 3. Хиггсовский сигнал в данных CMS в каналах распада на два фотона (слева) и на четыре лептона через промежуточное ZZ состояние (справа). Изображения из доклада 4 июля

Коллаборация CMS представила данные за 2012 год практически по всем каналам распада:

Картина в канале H→γγ аналогичная: локальная статистическая значимость пика при 125 ГэВ составила 4,1σ, глобальная — 3.2σ. Данные 2011-го и 2012 годов хорошо сходятся друг с другом
В канале H→ZZ* с распадом в четыре лептона также наблюдается сигнал при массе 125,5 ГэВ с локальной статистической значимостью 3,2σ. Объединение только этих двух каналов уже дает локальную статистическую значимость 5σ.
В канале H→WW* чувствительности еще не хватает для того, чтобы заметить существенное превышение над фоном, но будучи добавленным к предыдущим двум каналам, он повышает общую локальную статистическую значимость до 5,1σ.
В канале распада на два тау-лептона никакого хиггсовского сигнала нет вообще. Это несколько неожиданно, но пока вполне укладывается в рамки статистических погрешностей.

После учета всех каналов распада локальная статистическая значимость составляет 4,9σ. Глобальная статистическая значимость не приводится, но ясно, что она ненамного меньше. Дело в том, что никакой больше свободы в поиске стандартного хиггсовского бозона у физиков не осталось: вся область масс, за исключением узкого окна от 122,5 до 127 ГэВ исключена на уровне достоверности 95%. Измерение массы бозона дало значение 125,3 ± 0,6 ГэВ.

Точно ли это хиггсовский бозон?

Конечно, в экспериментальной науке ничто не гарантировано на все сто процентов. Но когда вероятность случайного стечения обстоятельств становится меньше некоторого разумного порога, физики уже твердо говорят о новой частице или явлении как о факте, а не гипотезе.

Первый формальный критерий тут: статистическая значимость явления, или же вероятность того, что чистая статическая флуктуация породила наблюдаемый сигнал. Традиционно в физике об открытии говорят, когда статистическая значимость превышает 5σ. Вероятность случайной статистической флуктуации в этом случае (так называемое «p-value») составляет меньше миллионной доли. Это достаточно суровый критерий: в некоторых других естественных науках об установленном факте говорят, когда эта вероятность становится меньше процента. В этом смысле, статистическая значимость хиггсовского сигнала более чем достаточна: поскольку данные CMS, ATLAS, а также Тэватрона вполне поддерживают друг друга, их объединение гарантированно превысит 6 или даже 7σ.

Второй, чуть менее формальный критерий — однородность данных. Сейчас хиггсовский сигнал на разных уровнях значимости виден сразу в нескольких каналах, и везде — примерно на одной и той же массе, от 125 до 127 ГэВ. Сигнал примерно одинакового типа виден и в двух независимых детекторах (которые, кстати, имеют очень существенные конструкционные отличия). Наконец, данные не флуктуируют из года в год: результаты 2011-го и 2012 года полностью согласуются друг с другом. Всё это является сильным аргументом в пользу того, что мы действительно регистрируем некий реальный процесс, а не артефакт прибора или методики.

Более сложный вопрос касается того, почему физики уверены, что обнаруженная частица — тот самый хиггсовский бозон, который они хотят найти? Нет ли здесь элемента предвзятости? Да, если говорить абсолютно строго, то пока что имеется лишь открытие некоторой частицы, похожей на бозон Хиггса. Поэтому сами экспериментаторы формулируют свой результат максимально честно: «Observation of an Excess of Events in the Search for the Standard Model Higgs boson» («Наблюдение превышения количества событий в процессе поиска стандартного хиггсовского бозона»). Но несмотря на все эти терминологические предосторожности подавляющее большинство специалистов в этой области признает: гипотеза о том, что в природе оказалась частица, которая рождается и распадается примерно как хиггсовский бозон, связана с другими частицами примерно так, как ожидается от хиггсовского бозона, но им при этом не является, — очень неправдоподобна. Поэтому объективно правильно будет сформулировать текущую ситуацию так: физическое сообщество считает, что хиггсовский бозон открыт.

Одной из важных проверок на «хиггсовость» является измерение спина найденной частицы. Спин хиггсовского бозона должен быть нулевым, но текущие результаты пока не исключают и экзотический вариант, что это резонанс со спином 2 (спин 1 исключен потому, что наблюдается распад на два фотона; частица со спином 1 так распадаться не может). Проверить спин частицы можно по угловому распределению продуктов распада. Официальные результаты на этот счет коллаборации пока не предъявили, однако полгода назад появилась теоретическая статья, в которой было показано, что данные (еще за 2011 год!) указывают скорее на спин нуль, чем спин два. Очевидно, что после обработки новых данных самими коллаборациями этот вопрос сможет разрешиться в ближайшем будущем.

Стандартный или нет?

Итак, хиггсовский бозон считается открытым. Нобелевский комитет теперь будет решать непростую задачу, кому и когда дать за это открытие Нобелевскую премию, а перед физиками тем временем встает ключевой вопрос, над которым они будут, по-видимому, работать как минимум ближайшее десятилетие: является ли этот хиггсовский бозон стандартным или нет?

Напомним, что главная задача LHC — обнаружить Новую физику, и хиггсовский бозон тут является не целью, а средством. Если окажется, что свойства бозона Хиггса во всех деталях совпадают с предсказаниями Стандартной модели, это будет означать, что никаких выводов о более глубоком устройстве нашего мира сделать нельзя. Это максимально пессимистичный сценарий развития событий, который физики всё чаще называют своим «кошмаром». Напротив, если будет четко показано, что свойства бозона Хиггса какие-то другие, это даст мощную поддержку всей физике элементарных частиц, как теоретическим, так и экспериментальным исследованиям.

Как отличить стандартный хиггсовский бозон от его разнообразных собратьев, возникающих в многочисленных неминимальных хиггсовских моделях? Самый надежный способ — проверить картину распада, то есть измерить вероятности распада бозона Хиггса в разные наборы частиц. И вот здесь оказывается, что хиггсовский бозон с массой в районе 125 ГэВ подходит для этой задачи идеально: уже сейчас физикам доступны для изучения сразу пять разных каналов распада! Если теперь измерить «интенсивность» хиггсовского сигнала в этих каналах относительно предсказаний Стандартной модели (μ = σ/σSM), то μ = 1 в каком-то канале будет означать, что хиггсовский бозон в нем проявляется стандартным образом, а статистически достоверное отличие от единицы будет эквивалентно открытию Новой физики.

Интенсивность хиггсовского сигнала в различных каналах распада по измерениям в экспериментах ATLAS и CMS

Рис. 4. Интенсивность хиггсовского сигнала в различных каналах распада по измерениям в экспериментах ATLAS (слева) и CMS (справа). Изображения из докладов 4 июля

На рис. 4 показаны текущие результаты измерения этой величины в экспериментах ATLAS и CMS. Конечно, статистические погрешности пока велики (всё же, это самое первое измерение!), однако уже сейчас бросаются в глаза две вещи. Во-первых, вероятность распада на два фотона в полтора-два раза превышает стандартную. Поскольку бозон Хиггса связан с фотонами не напрямую, а через промежуточные заряженные частицы (и прежде всего, W-бозоны), это отличие можно попытаться интерпретировать как нестандартную «силу сцепления» бозона Хиггса с W-бозонами. Но тогда должен усилиться и распад на WW-пары, а такого усиления пока не видно. Другой, гораздо более интригующий вариант: наличие каких-то других, до сих пор неоткрытых заряженных частиц, которые «помогают» бозону Хиггса распасться на два фотона. Но в таком случае эти частицы точно будут нестандартными. Впрочем, текущие данные пока не позволяют сделать столь сильные выводы, и потому следует ждать уточнения данных.

Еще одна особенность, которая уже упоминалась выше — отсутствие сигнала в тау-лептонном канале распада. Опять же, это может оказаться и статистической флуктуацией, но интересно пофантазировать и над возможностью того, что хиггсовский бозон по какой-то причине плохо цепляется к лептонам. Это уже вопрос к теоретикам: можно ли построить естественную модель, в которой только связь с лептонами будет подавленной.

В целом можно сказать, что текущие данные пределах погрешностей согласуются пока и со Стандартной моделью, и с многочисленными ее расширениями. Закрыть какие-то модели (за исключением разве только бесхиггсовских или сильно экзотических) пока нельзя. Потребуется еще не один год и не одно обновление графиков на рис. 4 для того, чтобы картина начала проясняться.

Источники:
1) Коллаборация ATLAS: доклад 4 июля, графики и их подробное описание.
2) Коллаборация CMS: доклад 4 июля, информация на сайте TWiki, статья Physics Analysis Summary.

Visit in Dubna, 3-4 May 2012

On May 3-4 of 2012 Armenian delegation: Nerses Yeritsyan, Deputy Chair of the Central Bank of Armenia and Chair of the Board of Trustees of A.Alikhanyan National Laboratory (AANL), Arman Khachatryan, CEO at National Competitiveness Foundation of Armenia, AANL Director Ashot Chilingarian, visited the Florov Laboratory of Nuclear Reactions (FLNR) at Joint Institute of Nuclear Research in Dubna, 120 km from Moscow.

The outstanding achievements in the field of synthesis of superheavy elements in FLNR have been recognized by naming element 105 of the Mendeleev Periodic Table as "DUBNIUM'' (Db), and element 114 - as ''Florovium'' (Fl). Academician G.N.Flerov founded LNR in 1957 and directed it more than 30 years, Academician Yu.Ts.Oganessian was in charge of the Laboratory from 1989 till 1996. At present he is scientific leader of the Florov Laboratory and Chair of the Scientific Advisory Board (SAB) of A.Alikhanyan National Laboratory. In 1997, Prof. M.G. Itkis was elected Director of the Laboratory, since 2007 Prof. S.N. Dmitriev is FLNR Director. In more than 50 years the main directions of FLNR were:

Synthesis of new nuclei and study of nuclear properties and heavy-ion reaction mechanisms;
Development and construction of cyclotron complexes for producing intense beams of heavy ions of stable and radioactive isotopes;
Radiation effects and modification of materials, various applications of heavy ion beams for solving applied problems.

High qualified and consistent scientific management; very concentrated and focused research topics and continuous interest to applications are the key elements of the FLNR successes. Among new FLNR projects are construction of the superheavy element factory DC-280 for the production and research of new synthesized elements and Cyclotron complex DC-110 for the mass production of new types of membranes for technological applications, medicine and biology.

During intense 2-day meetings with Yuri Oganissian and Sergei Dmitriev presented rich experience of the FLNR to the Armenian delegation. The Armenian delegation presented recent developments and discussed and scrutinized future directions of the AANL with the SAB Chair. The AANL is in the formation period and the research program of the AANL in the traditional directions as high-energy physics, cosmic ray physics, experiments on electron synchrotron should be modified and enlarged by new scientific directions and applied programs. Visit to Dubna helped clarifying major directions of AANL new developments, especially in the emerging field of nuclear medicine at the AANL.

Figure 1. N.Yeritsyan, A.Khachatryan, Y.Oganissian and S.Dmitriev (from left to right) in the building of the DC-72 cyclotron complex

Темным-темно
Новый эксперимент претендует на изменение физической картины мира

Источник: http://lenta.ru/
09.04.2012, 15:36:31

В конце апреля на небольшом ускорителе в Лаборатории Джефферсона стартует эксперимент по поиску темной материи. В отличие от многолетних опытов на Большом адронном коллайдере, он продлится всего три недели, однако физики надеются, что за это время им удастся обнаружить гипотетическую частицу, известную как тяжелый, или темный, фотон. Если эта частица будет обнаружена, ученым придется существенно переписывать существующие модели устройства Вселенной.

Такие непривычные слова, как коллайдер, бозоны, нейтрино, кварки, Стандартная модель, за последние несколько лет прочно вошли в повседневный словарь даже далеких от физики граждан. Благодаря развитию технологий, в 2000-е у ученых появилась возможность изучать самые сокровенные уровни строения материи с интенсивностью, намного превосходящей их прошлые возможности. А кроме того, в современном мире господства медиа физические исследования получили небывалый доселе пиар.

Логотип эксперимента по поиску темного фотона. Изображение с сайта nuclear.unh.edu

Эксперименты и теория

При этом основные открытия физики элементарных частиц произошли значительно раньше - в первые шестьдесят лет XX века. Причем нередко новые открытия заставляли физиков полностью отказываться от устоявшихся и, главное, непротиворечивых представлений об окружающем мире. Так, в конце 1930-х годов ученые, исследующие космические лучи, обнаружили новую частицу, получившую название мюон, которая никак не вписывалась в существовавшую тогда физическую картину мира. Один из ведущих физиков того времени, нобелевский лауреат Исаак Рабби отреагировал на это известие досадливым восклицанием: "Ну, и кто это заказывал?!"

За несколько последующих лет экспериментаторы обнаружили еще несколько неизвестных ранее элементарных частиц - в общей сложности, их набралось двенадцать, удобно разместившихся в систему из трех семейств по четыре частицы в каждом. Из этих элементарных "кирпичиков", как считается, состоит все вещество во Вселенной. Вещество, или материя, не просто статично существует, а подвергается различным взаимодействиям, которые, как оказалось, делятся на четыре фундаментальных типа: сильного, слабого, электромагнитного и гравитационного. Как установили физики, взаимодействия также переносятся частицами, хотя насчет существования частицы-переносчика гравитации - гравитона - среди ученых нет единого мнения.

Специалисты свели свойства всех открытых частиц и взаимодействий (кроме гравитационного) в единую теорию под названием Стандартная модель. Стандартная модель всем хороша, но у нее и предлагаемого ею описания мира есть несколько досадных недостатков, которые здорово беспокоят многих физиков. Во-первых, она никак не объясняет, почему частицы обладают именно такими свойствами - например, почему семейств частиц именно три, а не, скажем, восемь, или почему массы "родственных" частиц из разных семейств так сильно отличаются друг от друга - на первый взгляд, в значении этого параметра не наблюдается никакой системы. При этом даже очень небольшие изменения значений входящих в Стандартную модель параметров привело бы к капитальной перестройке Вселенной - такой мир не имел бы абсолютно ничего общего с той Вселенной, которую мы знаем.

Вопросы "а почему именно так?" возникают и по поводу фундаментальных взаимодействий, которые отличаются друг от друга на десятки порядков: например, сильное в тысячу раз превосходит электромагнитное, а электромагнитное в 1042(!) раз сильнее гравитационного - хотя гравитация и не входит в Стандартную модель. И это еще один очень серьезный ее недостаток: хотя непреложных доказательств того, что все четыре взаимодействия должны объединяться в рамках одной теории, нет, большинство физиков уверены, что единая система должна существовать (многие люди, прочно забывшие физику сразу по окончании школы, тем не менее, помнят, что Эйнштейн последние несколько десятилетий своей жизни безуспешно пытался создать именно такую теорию).

Таким образом, в середине прошлого столетия основная проблема физиков заключалась в том, что у них была масса новых частиц, но не было системы, которая могла бы их упорядочить. К концу XX века ситуация сменилась на противоположную: множество специалистов сходятся на том, что Стандартная модель требует обновления или хотя бы кардинального пересмотра, но получить достаточные экспериментальные доказательства того, что эта система устарела (то есть обнаружить нечто, что никак не может быть объяснено в терминах Стандартной модели), никак не удается.

При этом физики разработали несколько теорий, претендующих на место долгожительницы. В число самых убедительных из них, несомненно, входят теория струн (или суперструн) и теория суперсимметрии. Доказательством правомерности этих или каких-либо других теорий, расширяющих Стандартную модель, должно стать обнаружение новых частиц или уточнение свойств уже найденных частиц (например, объяснение новых типов нейтринных осцилляций).

Больше всего надежд на обнаружение новых частиц ученые связывают с экспериментами на коллайдерах - физических приборах, которые с огромной энергией сталкивают друг с другом пучки различных элементарных частиц. В таких "авариях" исходные частицы "разлетаются" на другие частицы, которые, в свою очередь, могут распадаться еще на несколько "осколков". Рано или поздно образовавшиеся при соударениях частицы долетают до детекторов, и, анализируя их состав, энергию и траекторию движения, исследователи могут восстановить всю цепочку превращений.

Потерянная материя

Теперь самое время перенестись с Земли в далекий космос. Потому что у изучающих его астрономов возникли те же сложности, что и у физиков, следящих за столкновениями пучков на ускорителях элементарных частиц. Еще в 30-е годы XX века швейцарский астроном Фриц Цвикки предположил, что во Вселенной должна существовать некая ненаблюдаемая материя - причем ее должно быть очень много, гораздо больше, чем материи обычной. Гипотетическую субстанцию назвали темной материей, или скрытой массой, а необходимость в ней возникла из-за того, что гравитационного притяжения (а значит, массы) видимых в телескопы галактик и их скоплений никак не хватало, чтобы удержать компоненты Вселенной вместе (здесь можно прочитать об этом подробнее).

Позднейшие расчеты показали, что, в общей сложности, на темную материю должно приходиться около 23 процентов всей массы Вселенной, а доля видимого вещества не превышает 4,5 процента. Оставшиеся 72 процента "взяла на себя" темная энергия - сила, которая заставляет Вселенную расширяться с ускорением.

Гипотеза о существовании темной материи очень хорошо объясняет наблюдаемые космические явления, однако до сих пор экспериментально обнаружить частицы загадочной субстанции ученым не удалось, потому что она не испускает электромагнитного излучения, и, значит, ее нельзя увидеть ни невооруженным глазом, ни в телескоп (строго говоря, не найденной остается только так называемая небарионная темная материя, а существование барионной скрытой массы - тусклых планет-гигантов и коричневых карликов - ни у кого сомнений не вызывает).

При этом "подозрительных" наблюдений, которые могут косвенно указывать на присутствие темной материи, ученые зарегистрировали немало, однако все они так или иначе "не дотягивают" до полноценных доказательств. Например, в 2008 году прибор под названием PAMELA, (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics - аппарат для исследования антиматерии и астрофизики легких ядер), установленный на российском спутнике "Ресурс-ДК1", обнаружил в космических лучах избыток позитронов - положительно заряженных аналогов электронов. Предполагается, что при взаимной аннигиляции частиц темной материи (их называют вимпы) должны образовываться именно позитроны. Согласно большинству теоретических моделей, этот же процесс должен приводить к рождению пар протонов и антипротонов, однако их PAMELA обнаружить не удалось. О других попытках "поимки" темной материи можно прочитать тут.

Физики из лаборатории Джефферсона в штате Вирджиния, США придумали еще один способ обнаружить частицу ускользающей материи - причем даже "более темную", чем обычный вимп. Ученые, работающие на расположенном в лаборатории ускорителе CEBAF, надеются зарегистрировать рождение так называемых тяжелых, или темных, фотонов. В отличие от привычных квантов света, передающих электромагнитное взаимодействие, темные фотоны являются переносчиками пятой фундаментальной силы, действующей только на частицы "темного сектора".

Общий вид на лабораторию Джефферсона. Фото с сайта jlab.org

Пока ни существование "темного сектора", ни наличие пятого взаимодействия однозначно не признано научным сообществом, однако вирджинские физики намерены провести задуманный ими эксперимент хотя бы по той причине, что он должен занять всего три недели. В течение этого времени ученые будут "разбивать" поток электронов о вольфрамовую мишень - в среднем, каждую секунду в нее будут "ударяться" около 500 миллионов электронов. Энергия электронного пучка такова, что при столкновениях с мишенью с высокой вероятностью будут рождаться темные фотоны (если они существуют), которые будет "ловить" детектор HPS (Heavy Photon Search - детектор по поиску тяжелых фотонов). Эксперимент стартует 24 апреля, и за 21 день ученые намерены "проверить" несколько возможных диапазонов массы темного фотона. Затем коллайдер закроют для переоборудования - энергию электронного луча увеличат вдвое, и такой апгрейд позволит в 2015 году начать поиски других частиц темного сектора.

В успех эксперимента на детекторе HPS верят немногие, но упустить шанс испытать захватывающую гипотезу всего за три недели и смешные три миллиона долларов (в эту сумму обошлось строительство детектора) ученые не могли. Очень может быть, что и эта попытка обнаружить загадочные частицы окончится неудачей. Но независимо от результата последней она точно не станет: физикам и астрономам очень нужна темная материя, так как без нее окружающий мир остается непонятным - что ученых, разумеется, не устраивает. Если же "темный сектор" так и не поддастся исследователям, им придется как-то "впихнуть" наблюдаемые аномалии в существующие модели - придумать новые проверочные эксперименты.

Ирина Якутенко

Reports

AANL(YerPhI) 2012 Annual Report

AANL(YerPhI) 2011 Annual Report

AANL(YerPhI) 2010 Annual Report

Professional Biography of Prof.Ashot Chilingarian

Information from YerPhI Director

Диссертации получат новые степени защиты

Физик воссоздал «эхо» Большого взрыва

Quarks' spins dictate their location in the proton

Planck Reveals an Almost Perfect Universe

Nobel Prize

Кандидатские и докторские диссертации будут перед защитой обсуждать в интернете

Замминистра образования и науки Игорь Федюкин о скандале с диссертациями

Proof: Cosmic Rays Come from Exploding StarsParticle Decay 'Smoking Gun' Settles Long Debate

From the Annals of the Impossible (Experimental Physics)

What Could 3D Printing Mean for the Supply Chain?

Galaxy's Gamma-Ray Flares Erupted Far From its Black Hole

"Khebr" laser technological complex, which is unique with its power is launched in AANL .

Исследование гамма-всплесков не поддержало теорию суперструн

Суп из гвоздя

Армянское поселение Агарак-1 древнее великих египетских пирамид

«В российской науке изрядное количество «отдыхающих» Проректор МГУ Алексей Хохлов рассказал о сети ИСТИНА и о проблемах российской науки

Good news for small hospitals: Scientists develop affordable way to generate medical isotopes

Открыто жесткое рентгеновское излучение титана-44 от остатка сверхновой 1987A

Премия за компьютер и часы

Галактики из «стога сена»

Темная материя на ксенон не ловится

Поглощенная звезда помогла установить массу черной дыры

Поглощенная звезда помогла установить массу черной дыры

Американские физики реализовали квантовый алгоритм Шора

Климат помнит все

Хиггсовский бозон: открытие и планы на будущее

Visit in Dubna, 3-4 May 2012

Темным-темно Новый эксперимент претендует на изменение физической картины мира

Proof: Cosmic Rays Come from Exploding Stars
Particle Decay 'Smoking Gun' Settles Long Debate

"Khebr" laser technological complex, which is unique with its
power is launched in AANL .

«В российской науке изрядное количество «отдыхающих»
Проректор МГУ Алексей Хохлов рассказал о сети ИСТИНА и о проблемах российской науки

Темным-темно
Новый эксперимент претендует на изменение физической картины мира