Новости физики и космоса 

Выпуск 24 (222) 16 - 31 декабря 

Физики разработали фотонный квантовый компьютер

Физики разработали квантовый компьютер, вычислительная мощность которого при масштабировании способна во много раз превзойти способности классических ЭВМ. 

Устройство состоит из расположенных на микрочипе нескольких стеклянных волноводов, несколько раз перекрещивающихся между собой. Одиночные фотоны подаются на ввод устройства и детектируются на его выходе.

То, в какие выходы попадут фотоны, зависит от их взаимодействия между собой в местах перекрещивания. Это взаимодействие можно довольно просто смоделировать на обычном компьютере, но только до тех пор, пока фотонов очень мало. С ростом их числа вычислительная сложность такой задачи возрастает экспоненциально. При 25 фотонах на 400 каналах измерить получившийся результат становится уже проще, чем его вычислить.

Ученые обращают внимание на то, что созданное оптическое устройство является фактически квантовым компьютером, вычисления в котором проводятся при помощи взаимодействия фотонов. При моделировании поведения фотонов компьютер решает задачу вычисления перманента матрицы - та же самая задача в созданном оптическом устройстве решается "физически". Перманент матрицы - это функция от элементов этой матрицы, используемая в дискретной математике и комбинаторике. Формула для перманента выглядит как формула для определителя матрицы, в которой все минусы заменены на плюсы. В отличие от определителя вычисление перманента является крайне сложной с вычислительной точки зрения задачей.

Главным недостатком созданного устройства является его узкая специализация для решения одной задачи. Пока "компьютер" способен справляться только с одной задачей - вычислением перманента, но авторы подчеркивают, что главное при его создании - показать потенциальные способности устройства.

"Хаббл" снял рекордно тонкую спиральную галактику

Космический телескоп "Хаббл" получил изображение спиральной галактики IC 2233, толщина которой в десять раз меньше ее диаметра. Изображение в высоком разрешении и его описание опубликовано на сайте NASA.

Галактика IC 2233 расположена в 40 миллионах световых лет от Земли в созвездии Рыси. Она относится к типу спиральных галактик, но в отличие от большинства из них не имеет характерного утолщения в центре - балджа. Кроме того, межзвездная пыль в галактике не собрана в центральную линию, а разбросана небольшими кластерами недалеко от центра.

Наиболее распространенная морфологическая классификация галактик, предложенная Эдвином Хабблом, подразумевает разделение галактик на эллиптические, линзообразные, спиральные и неправильные. Типичная спиральная галактика содержит, помимо балджа и спирально закрученных рукавов, сфероидальное гало. В нем располагаются отдельные звездные скопления и облака межзвездного газа.

Лазер заставил двигаться левитирующий графит

Японские инженеры научились двигать левитирующий в магнитном поле графит при помощи лазерного луча. Работа ученых опубликована в журнале Journal of the American Chemical Society, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте Phys.Org.

Диамагнетики, в отличии от пара- и тем более ферромагнетиков, попадая в магнитное поле, отталкиваются от него. Однако, сила отталкивания обычно невелика, и для эффекта левитации требуется сильное магнитное поле.

Левитация графита основана на его выраженных диамагнетических свойствах. Ранее ученые показали, что у пиролитического графита отталкивание в магнитном поле настолько велико, что способно преодолевать силу гравитационного притяжения даже при использовании обычных (не сверхпроводящих) стационарных магнитов.

Авторы новой работы обратили внимание на то, что диамагнетические свойства, а, следовательно и сила отталкивания в магнитном поле, сильно зависят от температуры.

Ученые показали, что при равномерном нагревании левитирующего графитового диска лазерным лучом он постепенно опускается. Если нагревать такой диск только с одной стороны, графитовая "шайба" начинает двигаться над полем стационарных магнитов в сторону более горячего края. Кроме того, если диск поместить над одиночным магнитом и нагреть его несимметрично, графит начинает вращаться.

Роскосмос начал финансирование "Экзомарса"

Роскосмос подписал с Институтом космических исследований РАН (ИКИ РАН) договор на создание научных приборов по проекту "Экзомарс". Об этом сообщил информационному агентству РИА Новости источник в космической отрасли.

Всего с ИКИ РАН было заключено три контракта, действие которых распространяется на 2013 и часть 2014 года. Их общая сумма составляет 306 миллионов рублей. На финансирование проекта, по информации агентства, пошли средства, полученные Роскосмосом в качестве страховой компенсации за утерянный "Фобос-грунт".

В тоже время, источник "Интерфакса" в космической отрасли сообщил, что говорить о возможности финансирования проекта пока рано: "Министерство финансов затребовало у Роскосмоса жесткий план-график расходов по проекту, окончательный список необходимых работ, но поскольку само агентство пока не договорилось с ESA, конечно, оно не может представить в Минфин необходимую финансовую документацию, а соответственно, получить финансирование". В качестве ориентировочного времени подписания договора собеседник называет апрель 2013 года. Ранее подписание договора с ESA было намечено на ноябрь 2012 года.

Проект "Экзомарс" разделен на два этапа. На первом этапе в 2016 году на красную планету планируется отправить орбитальный аппарат для исследования газов (Mars Trace Gas Mission, "TGM"). В 2018 году спутник должен дополнить марсоход "Экзомарс". Контракты с ИКИ РАН подразумевают создание приборов для обеих миссий.

Ученые "потеряли" сверхновую Солнечной системы

Ученые из Университета Чикаго обнаружили, что в астероидах Солнечной системы нет химических свидетельств взрыва сверхновой, которая, как считается, стимулировала ее образование. 

Исследователи провели анализ содержания изотопов железа-60 и железа-58 в нескольких минералах земной коры и метеоритах, являвшихся частями астероидов. По словам авторов, железо-60 образуется только в результате взрыва сверхновой и, таким образом, является неопровержимым свидетельством наличия такого взрыва.

Ученые показали, что, вопреки ожиданиям, содержание железа-60 в исследованных метеоритах во-первых, очень низко, а во-вторых, изотоп распространен в разных метеоритах равномерно. Картина распределения железа-58 по данным авторов совпала с распределением более тяжелого изотопа.

Полученные результаты противоречат нескольким выполненным ранее исследованиям. Авторы, однако утверждают, что полученные ими данные более надежны из-за использования более точного метода анализа изотопного состава.

Шестимерные черные дыры оказались пьезоэлектриками

Датские математики изучили свойства поведения шестимерных черных дыр и показали, что при наличии заряда они могут обладать пьезоэлектрическими свойствами. 

В четырехмерном пространстве-времени сингулярности черных дыр выглядят как точки. При добавлении еще одного измерения, они становятся черными нитями, а в шести измерениях выглядят как плоскости, так называемые черные браны.

Ранее ученые установили, что уравнения, описывающие поведение черных бран, напоминают уравнения гидродинамики. Авторы настоящей работы показали, что при наличии у черных бран заряда, их поведение также напоминает поведение твердых тел, а именно пьезоэлектриков. При сгибании заряженных бран они преобразуют механическое напряжение в электрическое поле - точно так же, как это делают пьезоэлектрики.

Гравитационные зонды NASA врезались в поверхность Луны

Североамериканское космическое агентство завершило миссию по исследованию гравитации Луны (GRAIL). Об успешном завершении финального этапа миссии, в рамках которого отработавшие космические аппараты "Эбб" и "Флоу" врезались в поверхность Луны, объявили специалисты Лаборатории реактивного движения NASA в Пасадене, штат Калифорния.

В свете Тау Кита обнаружили следы пяти экзопланет

Международная группа астрономов обнаружила, что вокруг одной из ближайших к Земле звезд, Тау Кита, могут вращаться пять экзопланет, одна из которых относится к потенциально обитаемым.

По данным астрономов, вокруг Тау Кита вращаются пять экзопланет с массой в 2, 3,1, 3,6, 4,3 и 6,6 масс Земли. Их орбитальные периоды составляют 13,9, 35,4, 94, 168 и 640 дней соответственно. Предпоследняя из них, Тау Кита-е, расположена в области, где возможно существование жидкой воды, а значит, относится к классу потенциально обитаемых.

Для наблюдения за Тау Кита ученые использовали несколько телескопов, расположенных в Чили, Австралии и на Гавайях. Кроме того, они разработали сложный метод статистической обработки данных для удаления систематического шума, который еще ни разу не использовался для поиска экзопланет. Из-за применения нового метода, полученные результаты, по словам самих ученых, нуждаются в дополнительной проверке, которая может занять до 10 лет.

Звезда Тау Кита расположена в 12 световых годах от Земли, что в три раза дальше, чем расстояние до ближайшей к нам Альфы Центавра. Тау Кита известна тем, что очень похожа на Солнце - и по спектральному классу, и по возрасту. Эта звезда, например, стала первым кандидатом при поиске радиосигналов внеземной жизни в проекте "Озма" еще в 1960-х годах.

В своей работе ученые использовали допплеровский способ обнаружения экзопланет. Он основан на том, что планета, вращаясь вокруг звезды, заставляет ее немного покачиваться (пара звезда-планета вращается вокруг общего центра масс).

Скорость этого периодического покачивания обычно невелика и составляет несколько метров или десятков метров в секунду. Однако, наблюдая за светом звезды, периодическое изменение скорости можно измерить благодаря эффекту Допплера. Из-за него излучение звезды периодически смещается то в длинноволновую, то в коротковолновую область. Чем больше масса планеты и меньше масса звезды, тем сильнее наблюдаемое смещение и тем легче обнаружить экзопланету.

Голубые бродяги рассказали об эволюции шаровых скоплений

Астрономы обнаружили, что шаровые скопления могут эволюционировать с очень разной скоростью, а о динамике этого процесса лучше всего говорит распределение в них особого класса звезд - голубых бродяг.

Шаровыми скоплениями называют кластеры, в которых звезды связаны тесными гравитационными взаимодействиями. В нашей галактике на сегодняшний день обнаружено около 150 таких скоплений. Шаровые скопления образовались очень давно, около 12-13 миллиардов лет назад, при том что вся история Вселенной насчитывает 13,7 миллиардов лет.

Ученые обнаружили, что несмотря на общий древний возраст, эволюция в шаровых скоплениях может протекать с очень разной скоростью. Для этого авторы изучили распределение разных типов звезд в 21 шаровом скоплении. Изображения скоплений были получены "Хабблом" и 2,2 метровым телескопом MPG Европейской южной обсерватории.

Оказалось, что в разных звездных кластерах наблюдается разное распределение голубых бродяг - наиболее массивных звезд в скоплении. Считается, что такие светила образуются в результате обмена веществом или слияния более мелких звезд. Благодаря свежему ядерному топливу, такие звезды светятся ярче и хорошо видны в скоплении.

Астрономы показали, что поскольку массивные голубые бродяги должны со временем скапливаться в центре кластера, их распределение говорит о скорости эволюции всего скопления. Например, если голубые гиганты равномерно распределены по всему шаровому скоплению, это говорит о эволюционной молодости звездного кластера.