Sciencemag.cz
Doporučujeme
Casimirův jev vytváří „kvantovou past“. Marsotřesení. Rekordní magnetické pole. Kvantová interference antihmoty. Stín černé díry.
Deset nejvýznamnějších prací z oblasti fyziky za rok 2019 vybral elitní tým pěti redaktorů časopisu Physics World. Ti společně s dalšími odborníky prostudovali stovky publikovaných prací a vybrali z nich ty, které splňovaly následující kritéria:
• Přinášejí významný pokrok v poznání a porozumění
• Mají význam pro vědecký pokrok a vývoj reálných aplikací
• Vzbudily největší zájem u čtenářů Physics World
První přímé pozorování černé díry a jejího „stínu“
Pomyslnou první cenu udělili redaktoři a odborníci astronomům, kteří pracují na Event Horizon Telescope, a to za první přímé vizuální prokázání existence černé díry a jejího „stínu“. Na obrázku, který tak rozbouřil fyzikální vody, je kroužek připomínající lískový oříšek, tvořený emisí rádiových vln. Kroužek obklopuje supermasivní černou díru, která leží ve středu galaxie vzdálené 55 milionů světelných let od Země. Obrázek je kombinací výstupů osmi rádiových detektorů na šesti různých místech zeměkoule, což je samo o sobě mimořádný výsledek.
Černá díra má 6,5miliardkrát vyšší hmotnost než Slunce. Osvětlený proužek je plyn a prach obklopující černou díru v akrečním disku. Je ohříván na miliardy stupňů, a proto jasně září rádiovými vlnami. Už Einstein ve své obecné teorii relativity předpověděl, že kolem černé díry je „stín“, který má třikrát větší průměr než horizont událostí, a to teď fyzici jasně potvrdili. Tento stín má velký význam, protože jeho velikost a tvar závisí především na hmotnosti černé díry a také na rychlosti, kterou rotuje. Snímek publikovaný 10. dubna 2019 poskytuje lidstvu první možnost podívat se na černou díru, která podle autorů práce představuje jednosměrné dveře ven z našeho vesmíru.
Neuroprotetická zařízení mění mozkovou aktivitu na řeč
Fyzici z Columbia University a skupina z University of California San Francisco vyvinuli nezávisle na sobě neuroprotetická zařízení, která dokáží rekonstruovat řeč z nervové aktivity. Tato nová zařízení by měla pomoct lidem, kteří nemohou mluvit, znovu získat schopnost komunikovat s okolním světem. Zařízení ale nebudou sloužit pouze v medicínských aplikacích, schopnost měnit myšlenky přímo na řeč se uplatní i v různých počítačových aplikacích. Stručně řečeno, počítače budou schopny komunikovat přímo s mozkem.
První detekce „marsotřesení“
Fyzici, kteří pracují na programu NASA „Insight mission for detecting a seismic signal on Mars“, detekovali 6. dubna 2019 první „marsotřesení“. Jsou přesvědčeni, že detekované slabé záchvěvy pocházejí z vnitřku planety, nikoli že by šlo o důsledky větru nebo jiných povrchových jevů. Rudá planeta se tak připojila k Měsíci jako místu, kde byla detekována mimozemská seismická aktivita. Stejně jako Měsíc, ani Mars nemá tektonické desky, a tak se předpokládá, že co do seismické aktivity budou tato tělesa daleko klidnější než Země. Studium seismologie Marsu může poskytnout důležité informace o vnitřku planety i o tom, jak se planeta formovala.
Fyzici v CERN pozorovali porušení symetrie v půvabných mezonech
Fyzici pracující na Large Hadron Collider (LHC) v CERN poprvé změřili porušení nábojové parity v půvabných mezonech (CP). Tým zjistil porušení CP měřením rozdílu v rychlostech, při nichž se DD° mezon (který obsahuje půvabný kvark) a anti-DD° rozpadají buď na pár kaon-antikaon, nebo pion-antipion. Jelikož výsledkem rozpadů DD° a anti-DD° jsou stejné produkty, bylo obtížné zjistit, jestli je událost spojena s DD° nebo s anti-DD°. I když jsou tato měření konzistentní se současným chápáním jevu porušení CP, otevírají možnost proniknout mimo standardní model fyziky elementárních částic.
„Little Big Coil“ vytváří rekordní magnetické pole
Fyzici v Tallahassee na Floridě vytvořili nejsilnější kontinuální magnetické pole, jaké kdy v laboratoři vzniklo. Magnetické pole o velikosti 45,5 T bylo vytvořeno použitím kompaktního vysokoteplotního supravodiče nazvaného „Little Big Coil“. Zatímco předcházející rekord 45 T byl vytvořen pomocí magnetu o hmotnosti 35 tun, nové zařízení má hmotnost pouhých 390 gramů. Magnet byl určen pro dosahování ještě vyšších hodnot magnetického pole, ale během rekordního měření byl poškozen. Nový úspěch může vést ke zdokonalení silných magnetů v aplikacích, jako jsou urychlovače částic, zařízení pro jadernou fúzi, ale i magnetická rezonance v medicíně.
Casimirův jev vytváří „kvantovou past“ pro malé objekty
Fyzici z University of California v Berkeley jako první zachytili miniaturní objekty prostřednictvím Casimirova jevu. Jde o zvláštní jev, kdy kvantové fluktuace mohou vytvářet jak přitažlivou, tak odpudivou sílu mezi různými objekty. Fyzici z Berkeley použili různé kombinace přitažlivých a odpudivých Casimirových sil, aby udrželi miniaturní zlaté šupinky mezi zlatým a teflonovým povrchem, aniž by k tomu potřebovali energii zvenku. Měření velmi malých sil, působících v celém procesu, bylo velkým vítězstvím optické metrologie a umožňuje lépe porozumět tomu, jak Casimirovy síly ovlivňují činnost mikromechanických zařízení. Jejich další zkoumání může přinést řadu praktických aplikací.
Kvantová interferometrie a antihmota
Kolaborace dvou experimentů „Quantum Interferometry and Gravitation“ a „Positrons and Lasers“ (QUPLAST) vyústila v „double split“ experiment použitím antihmoty. Experiment spočíval ve vyslání svazku pozitronů (antielektronů) skrze Talbot-Lau interferometr (Talbot-Lau interferometry generují druhotné obrazce, které většinou nejsou ovlivněny De Broglieho vlnovou délkou). Fyzici prokázali, že antičástice se chovají jako vlny a podléhají pravidlům kvantové interference. Fyzici pozorovali difrakční obrazce, které se mění se změnou energie pozitronového svazku, což bylo předpovězeno kvantovou teorií a nedá se vysvětlit pomocí klasické fyziky. Tento výsledek by mohl vést k dalším experimentům, které by měly za cíl objasnit rozdíly mezi kvantovou povahou hmoty a antihmoty.
Kvantový počítač předčil konvenční superpočítač
Američtí fyzici z Google Al Quantum a dalších amerických výzkumných institucí byli první, kdo provedli výpočet na kvantovém počítači v čase mnohem kratším, než by to trvalo konvenčnímu superpočítači. Tohoto výsledku bylo dosaženo kvantovým počítačem, který obsahoval 53 programovatelných supravodivých kvantových bitů. Srovnávací výpočet provedl přibližně za 200 sekund, zatímco podle odhadů týmu by na superpočítači trval 10 000 let. Kritici sice prohlašují, že daný výpočet zabere nejnovějšímu superpočítači „pouhých“ 2,5 dne, americký tým ale prokázal jasnou výhodu kvantového počítání.
Kvantový gravimetr
Fyzici z University of California v Berkeley vymysleli nový způsob, jak využít zachycených atomů k měření lokálního urychlení způsobeného gravitací. Jejich „kvantový gravimetr“ je závislý na interferenčních obrazcích, které vznikají, když jsou mraky atomů nejprve v prostoru vertikálně separovány, aby pak atomy mohly interferovat. Zatímco většina gravimetrů měří vliv gravitace na atomy padající prostorem, zařízení z Berkeley pozastavuje atomy v optické pasti, kde interagují s gravitačním polem po dobu až 20 sekund. Tím se zvyšuje citlivost měření a zároveň připravuje cesta pro aplikace v různých oborech od geofyzikálních měření až po citlivé testování fundamentálních fyzikálních sil.
Dětský magnetoencelograf
Britští fyzici z University of Nottingham, University of Oxford a University College London vyvinuli lehkou „cyklistickou helmu“, která funguje jako magnetoencefalograf (MEG). Měří aktivitu mozku dětí, které se věnují běžným denním činnostem. Tradiční MEG systémy měří slabá magnetická pole generovaná mozkem a užívají k tomu kryogenicky chlazené senzory na celé helmě, která je ovšem velmi rozměrná a citlivá na jakýkoliv pohyb hlavy. Britský tým místo toho použil lehké, opticky napájené magnetometry na helmě o hmotnosti 500 gramů, která se dá přizpůsobit jakémukoliv tvaru a velikosti hlavy. Skener byl použit pro měření mozkové aktivity dvouletého dítěte při hře, pětiletého dítěte, které sledovalo televizi, teenagera při hraní počítačové hry a dospělého, který hrál na ukulele.
Žebříček byl zveřejněn na stránkách časopisu Physics World.
autor: Jana Štrajblová
Převzato z Matfyz.cz.
