Наука немцы

Поглощение кинетической энергии

Сталь VS Шелк

Сделана попытка объяснить трехмерность Вселенной

Помимо этого ученые из Великобритании, США, Германии и Португалии проанализировали возможные причины ее раннего инфляционного расширения.

Физики построили модель, которая показала, что структура вакуума на ранних стадиях развития Вселенной (до этапа инфляционного расширения) представляла собой сеть плотных «узлов» и связанных между собой силовых трубок. Как полагают ученые, эти трубки были сформированы в процессе КХД-подобного космологического фазового перехода (в термодинамике этот термин обозначает переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий – NS).

Ту трехмерность пространства, которую все мы наблюдаем, физики связали с топологической устойчивостью сети из одномерных силовых трубок, а инфляционную стадию эволюции Вселенной – с высвобождением энергии, которое сопровождает расширение сети трубок и ее охлаждение.

Таким образом, структуру ранней Вселенной физики сравнили с запутанными проводами наушников.

Я думаю, что это идея, которую стоит изучать.

– Алан Гут, один из авторов инфляционной модели, физик из Массачусетского технологического института.


Пока экспериментальный способ подтвердить гипотезу учеными не предложен. Свои теоретические выкладки исследователи строили на основании модели Абрикосова – Нильсена – Олесена, в которой возникают необходимые образования в виде струноподобных решений четырехмерной (в пространстве и времени) теории Хиггса специального вида.

Квантовая хромодинамика (КХД) описывает сильное взаимодействие частиц – кварков, которое осуществляется частицами-переносчиками взаимодействия – глюонами. По мнению авторов, на ранних стадиях развития Вселенной существовало единое сильное и электрослабое взаимодействие, из которого на инфляционном этапе (промежутке экспоненциального расширения) произошло выделение сильного взаимодействия.

Этот процесс называют бариогенезисом. Его сопровождало объединение кварков и глюонов в адроны, а также вероятное появление космологических топологических дефектов (в частности, космологических струн, стенок и монополей). По завершении стадии бариогенезиса наступил этап лептогенезиса – выделения из электрослабого взаимодействия электромагнитных и слабых сил.

Поиски суперсимметрии на коллайдере принесли новую интригу

Две коллаборации, работающие на Большом адронном коллайдере, сообщают, что в одном из многочисленных поисков суперсимметрии обнаружилось небольшое превышение над предсказаниями Стандартной модели. Оба коллектива видят отклонение в схожих, но всё же не идентичных, процессах. 

Статистическая значимость превышения невелика, около 3 стандартных отклонений, но это превышение дает новую надежду на то, что физика за пределами Стандартной модели уже не за горами.

Физика элементарных частиц сегодня: краткий набросок

  Современная физика элементарных частиц находится последние годы в достаточно некомфортной ситуации. С одной стороны, в ее распоряжении есть теория — так называемая Стандартная модель, — которая замечательно согласуется с экспериментами. Она была построена в 60-70-е годы, привела к множеству предсказаний, которые великолепно подтвердились в последующие десятилетия. Последним в этой серии достижений стало открытие бозона Хиггса в 2012 году и последовавшее за ним присуждение Нобелевской премии по физике авторам хиггсовского механизма. Все эти годы Стандартная модель выдерживала тысячи экспериментальных проверок. Всевозможные тонкие и замысловатые эффекты, которые она предсказывала и которые удавалось сосчитать теоретически, неизменно подтверждались.

  С другой же стороны, физикам давно достоверно известно, что Стандартная модель не может быть окончательной теорией устройства микромира. Стандартная модель не способна объяснить наличие темной материи и доминирование вещества над антивеществом в нашей Вселенной. Она никак не объясняет разнообразные закономерности, которые обнаружены в свойствах кварков и особенно нейтрино. Наконец, многие численные величины в ней выглядят противоестественными, и сама Стандартная модель никакого объяснения им не дает. Физики уверены, что Стандартная модель — это лишь осколок какой-то другой, всеобъемлющей и более фундаментальной, теории устройства нашего мира, которую ученые условно называют физика за пределами Стандартной модели или «Новая физика». Что это за теория — пока неизвестно, но именно с ней связываются большие надежды на поиск ответов на неудобные для Стандартной модели вопросы.

  Чтобы не создавалось неправильного впечатления, надо обязательно оговориться, что проблема — не в том, чтобы придумать хоть какую-то теорию. Таких теорий придуманы, наверное, сотни. Проблема в том, чтобы теория давала новые, нестандартные предсказания и чтобы эти предсказания подтверждались на опыте. А вот с этим пока сложности: ни один прямой эксперимент с элементарными частицами не обнаружил никакого достоверного отклонения от Стандартной модели. Так что Большой адронный коллайдер (он же LHC) — это не просто установка, которая сталкивает частицы и что-то там измеряет. Это тот инструмент, который должен помочь нам дотянуться до Новой физики, до нового пласта реальности, лежащего под Стандартной моделью. Первый маленький шаг в этом направлении сделан: открыт хиггсовский бозон и началось его изучение. Но это был подготовительный шаг, а настоящая задача коллайдера — достоверное обнаружение хоть какого-то отклонения от Стандартной модели — пока не решена.

Как ищут проявления суперсимметрии

  Поскольку теорий Новой физики много и предсказывают они разные явления, исследователи выполняют сотни различных анализов накопленных на LHC данных и ищут в них эти эффекты. Среди всех моделей особняком стоят теории, опирающиеся на суперсимметрию. Это слово обозначает глубокую, математически самосогласованную идею о том, что наш мир обладает симметрией нового типа, которая связывает между собой, говоря совсем условно, частицы материи и действующие между ними силы.

  Идея суперсимметрии проверяема в эксперименте, по крайней мере в принципе. Суперсимметричные теории предсказывают множество новых частиц, суперпартнеров обычных частиц. У кварков, глюонов, лептонов, гравитонов и всех других частиц есть суперпартнеры: скварки, глюино, слептоны, гравитино и т.д. — 

Проблема только в том, что эти новые частицы — тяжелые, и никто не может заранее сказать, насколько. Когда строился Большой адронный коллайдер, среди физиков царило воодушевление. Многие из них считали, что массы суперчастиц находятся в районе 1 ТэВ или даже меньше, и такие частицы начнут массово рождаться на LHC. Увы, первый сеанс работы коллайдера охладил этот пыл: многочисленные поиски прямых или косвенных проявлений суперсимметрии по-прежнему дают отрицательные результаты.

Сейчас, после двух недавних любопытных публикацией CMS и ATLAS, ситуация, возможно, начнет меняться. Но прежде чем рассказывать о них самих, стоит кратко обрисовать, как вообще ищут проявления суперсимметрии на коллайдере.

Сложность тут в том, что у суперсимметрии нет какого-то одного конкретного, железобетонного предсказания, проверяемого прямо сейчас. Имеется большое количество вариантов суперсимметричных теорий, а в них есть неизвестные численные параметры. В результате предсказания для коллайдера могут получиться самые разнообразные — и физики стараются, по возможности, охватить их все. Среди них выделяется главное направление поисков —

рис.3

Считается, что вначале в столкновении протонов рождаются сильновзаимодействующие суперчастицы — скварки или глюино. Они тяжелые и распадаются на другие, те — распадаются дальше, и т.д. Так идет до тех пор, пока не появится легчайшая суперсимметричная частица (в зависимости от варианта теории, это может быть нейтралино, гравитино или другие суперчастицы). Главное, что она уже ни на что не распадается, а просто улетает прочь, не будучи даже пойманной детектором. Эта частица уносит большой поперечный импульс, который — в силу неуловимости частицы — не отслеживается детектором. Детектор регистрирует все обычные частицы, измеряет их импульсы и видит, что они не складываются в нуль, то есть заметная часть импульса «теряется». Такой дисбаланс в поперечном импульсе указывает на то, что в столкновении родилась какая-то неуловимая частица высокой энергии.

  Конечно, одного лишь дисбаланса поперечного импульса мало для открытия Новой физики. В Стандартной модели тоже есть частицы, не регистрируемые детектором, — нейтрино, — и они запросто могут породить похожую картину столкновений. Вдобавок, детекторы неидеальны, и иногда они ошибаются при измерении энергий и импульсов (особенно когда приходится мерять адронные струи, целые потоки адронов) или даже могут неправильно идентифицировать пролетевшую частицу. Поэтому в реальности физикам приходится тщательно сравнивать полученные данные с предсказаниями Стандартной модели и пытаться найти не просто какую-то статистику событий, а их превышение над фоном Стандартной модели. Так что каждый поиск, каждый анализ — это кропотливая работа десятков и сотен исследователей в течение месяцев или даже лет.

Новые результаты CMS и ATLAS

  После обстоятельного вступления перейдем наконец к новым результатам с коллайдера. Сейчас, в преддверии нового запуска LHC, экспериментальные группы «подчищают хвосты» — доделывают трудоемкие анализы на основе данных, набранных во время первых трех лет работы коллайдера. Регулярно появляются и статьи о тех или иных поисках суперсимметрии, но все они пока приводят к отрицательным результатам. Однако за последний месяц обе крупнейшие коллаборации, работающие на LHC, сообщили о наблюдении любопытных отклонений в похожих — но не идентичных! — конфигурациях частиц. Статья коллаборации CMS появилась в конце февраля, а работа ATLAS — в середине марта, буквально на днях [1, 2].

  В обеих работах физики изучали события следующего типа: наблюдаются как минимум две адронные струи, лептонная пара (электрон-позитрон или мюон-антимюон) и потерянный поперечный импульс. На рис. 3 показаны два примера процессов с рождением и распадом суперсимметричных частиц, которые могли бы порождать такие события. Конечно, существуют и обычные (фоновые) процессы, которые дают такой же сигнал. Например, в столкновении протонов может просто родиться Z-бозон, который распадется на лептонную пару, а уж адроны всегда рождаются в избытке. Если детектор неправильно сосчитает энергию адронных струй, вполне может появиться дисбаланс поперечного импульса. Однако в этом случае дисбаланс будет небольшим, порядка десятков ГэВ. Чтобы избавиться от него, физики отобрали только такие события, в которых дисбаланс составлял как минимум сотню ГэВ (в случае ATLAS — 225 ГэВ). Есть и другие источники фона, но все их физики аккуратно учли.

  Два типа сигналов, показанные на рисунке — 

Отличаются поведением лептонной пары. На верхней картинке показано нерезонансное рождение лептонов, в котором они излучаются независимо друг от друга. В этом случае энергии двух лептонов не связаны друг с другом, а значит, инвариантная масса этой пары (mll) может быть самой разной, и большой, и маленькой. На нее имеется лишь ограничение сверху, поскольку эти лептоны получаются из распадов тяжелых частиц. С точки зрения эксперимента, характерный сигнал таких событий выглядит так: имеется широкое распределение по mll, которое вдруг обрывается выше некоторого значения. Именно этот «обрыв распределения» и искали физики.

  На нижней картинке на рисунке — 

 — показан другой вариант — резонансное рождение лептонной пары. Здесь лептоны рождаются не сами по себе, а получаются в результате распада Z-бозона. Поэтому их энергии скоррелированы, а инвариантная масса пары близка к массе Z-бозона (91 ГэВ). Поэтому в поисках такого типа событий можно сфокусироваться на области от 81 до 101 ГэВ, а участок распределения вне ее, наоборот, использовать для оценки фона.

  Два коллектива — CMS и ATLAS — выполнили оба типа поисков, правда со слегка отличающимися критериями отбора. Но вот результаты у них получились разными. CMS сообщает, что в случае нерезонансного рождения на рисунке вверху — 

 — в области mll от 20 до 70 ГэВ наблюдается некоторое превышение числа событий над фоном, с обрывом распределения при значении около 71 ГэВ. Статистическая значимость отклонения оценена в 2,4σ. Эффект, конечно, не слишком впечатляющий, но тем не менее заслуживает интереса, тем более что это был один из первых поисков суперсимметрии методом обрыва распределения. В случае резонансного рождения коллаборация CMS не видит никаких отклонений.

Результаты ATLAS получились прямо противоположными. Нерезонансный поиск ничего существенного не выявил, зато в резонансном рождении было найдено любопытное отклонение. На рисунке — 

 — показано распределение по инвариантной массе электронной или мюонной пары. Бросается в глаза то, насколько малый тут фон и насколько сильным оказался сигнал. В случае CMS всё выглядело иначе: был большой фон, и на нем физики разглядели небольшое превышение. Тут же в электрон-позитронном канале ожидалось примерно 4±2 события, а обнаружено — аж 16! В мюонном случае превышение заметно слабее, но тоже кое-что наблюдается. Невооруженному взгляду может показаться, что левый график на рисунке — 

 — прямо-таки кричит: открытие! Однако аккуратный анализ более сдержан: статистическая значимость отклонения в электронном канале (а также в объединенном лептонном) составляет 3σ.

Конечно, сейчас пока рано утверждать, что в коллайдере действительно было открыто явление, достоверно выходящее за рамки Стандартной модели. Отклонения порядка 3σ считаются указанием на существование, но никак не открытием. Такое отклонение вполне может оказаться статистической флуктуацией или неучтенной погрешностью детектора. В физике частиц встречались примеры, когда по прошествии некоторого времени рассасывались сигналы и с большей статистической значимостью. Настораживает также и то, что два детектора получили несогласующиеся результаты. Конечно, методики у них немножко разные, и никто не обещает, что отклонения в одном эксперименте обязательно подтвердятся в другом. Тем не менее после этого первого «захода» оба детектора наверняка будут уделять повышенное внимание этому процессу. Ну и, разумеется, у физиков появляется дополнительный повод с нетерпением ожидать результаты нового сеанса работы коллайдера LHC Run II, который за три года должен увеличить статистику почти на порядок.

Игорь Иванов

1. Search for physics beyond the standard model in events with two leptons, jets, and missing transverse momentum in pp collisions at sqrt(s) = 8 TeV. ArXiv:1502.06031 — http://arxiv.org/abs/1502.06031
2. Search for supersymmetry in events containing a same-flavour opposite-sign dilepton pair, jets, and large missing transverse momentum in s√=8 TeV pp collisions with the ATLAS detector. ArXiv:1503.03290 — http://arxiv.org/abs/1503.03290

Источник — http://elementy.ru/news/432428

История об «эффекте Кирлиан»

"Как и множество эзотериков, Геннадий Малахов множество раз употребляет в своих работах слово «биополе», «полевая форма жизни», «аура» и т.п. Этими терминами он обозначает некую способность живых организмов создавать вокруг себя какое-нибудь видимое или не видимое излучение неизвестной природы, способность живых существ обмениваться между собой или неким Суперполем Вселенной различной информацией и т.п. 

Я, конечно, не буду отрицать существование «биополя». Конечно, излучающее «биополе» реально существует. От каждого живого организма действительно исходят разного рода излучения, и прежде всего тепловое. Больше того, внутри каждого живого существа движутся жидкости (кровь, лимфа и др.), содержащие в большом количестве заряженные частицы — ионы различных металлов. Разумеется, движение заряженных частиц создает электромагнитные поля различной частоты. От живого существа исходят запахи (молекулы ферментов), через поры кожи активно выделяется влага (пот), при движении или разговоре возникают акустически колебания воздуха и т.д. Все это и составляет то, что и называют «биополе», хотя, честно говоря, никакой надобности вводить это понятие нет. Разумеется, Геннадий Малахов связывает понятие «полевой формы жизни» с индийской аурой, якобы окружающей всех живых существ. В качестве доказательства он приводит такие слова: «Увидеть полевую форму жизни можно. При фотографировании живого объекта в высокочастотном поле видна информационно-энергетическая структура в виде цветного, светового рисунка. Это особенно хорошо видно на листе. У листа оборван край, т. е. нет материальной структуры, но на фото она видна в виде особой энергетической структуры своего рода шаблона.»

Прочитав это объяснение, любой грамотный физик вздохнет обреченно и подумает: «Ну сколько можно?! Опять одно и тоже, ведь столько лет назад это все уже объяснялось и исследовалось...»

Предполагая, что читатель этой книги может быть не знаком с исследованиями 20-ти летней давности, я хочу о них рассказать. Речь пойдет о так называемом «эффекте Кирлиан», широко известном среди эзотериков, потому что именно с помощью «эффекта Кирлиан» они «фотографируют ауру».

Дело в том, что такого названия, как «эффект Кирлиан» вы не найдете ни в одном учебнике физики. Зато любой студент ВУЗа знает этот эффект под другим названием — коронный разряд в высокочастотном поле. 

Если поместить любое тело в электрическое поле достаточной напряженности, то с микроостриев, которыми покрыта любая поверхность, начинается газовый разряд. Возникает эффект свечения атомов и молекул газа. Сам Кирлиан защитил свое изобретение патентом не на открытие нового эффекта, а на «способ фотографии объектов в токах высокой частоты». Но как только сообщения об опытах супругов Кирлиан просочились в прессу, так множество эзотериков встрепенулось и заголосило: «они обнаружили ауру!». 

Но все было не так-то просто. Настоящей научной сенсацией стали опыты Семена и Валентины Кирлина немного позже, когда они сфотографировали свечение листа, затем отрезали у него часть и сфотографировали повторно. К их изумлению на том месте, где была удаленная часть листа, они увидели свечение! Этот эксперимент 25 лет назад обошел все газеты мира и отныне каждый парапсихолог и экстрасенс непременно ссылается на фотографию этого оторванного листа, который якобы доказывает существование «независимой от тела ауры». Геннадий Малахов называет это не аурой, а «информационно-энергетическим шаблоном», что сути не меняет.

Но ученые, конечно, не могли пройти мимо такого интересного результата. Сразу же в 1981 году (об этом подробнее в книгах П.А.Образцова — замечательного популяризатора научных знаний) в Запорожском научно-техническом Центре (ЦНТТМ) в лаборатории биофизики были проведены подобные же эксперименты. Причем ученые этого Центра посмотрели на «живое свечение» очень просто: если есть свечение, то должен быть и материальный носитель. Что может быть материальным носителем в этом случае?

Каждый живой организм существует благодаря обмену веществ. Часть продуктов обмена выводится через кожный покров в газообразной форме. Непосредственно на поверхности кожи продукты обмена смешиваются с воздухом, образуя атмосферу сложного состава. Любое изменения в состоянии организма влияет на обмен веществ, следовательно, и на состав микроатмосферы.

При наложении высокочастотного электрического поля эта микроатмосфера, в полном соответствии с известными физическими законами, начинает светиться. Вполне естественно, что характер свечения (цвет, яркость и т.п.) зависит от ее состояния. И, очень уместно отметить, что это свечение вообще исчезает при обезжиривании участка листа. И только спустя некоторое время, свечение опять восстанавливается. Если мы предположим, что «биополе» боится протирания поверхности спиртом, то это будет нелепо. Но если мы скажем, что спиртом мы удалили микроатмосферу, и что она восстановилась только спустя некоторое время, это будет вполне научно и логично.

В лаборатории биофизики ЦНТТМ проделали и такой опыт. Свежий листок положили на предметный столик, предварительно накрытый бумагой. Сделали первый снимок свечения. А затем отрезали часть листка вместе с бумагой. На повторном снимке, то место, где находилась раннее отрезанная часть листка, было абсолютно темно, никакого свечения не было — бумага предохранила предметный столик от соприкосновения с микроатмосферой листа. Обычно лист клали непосредственно на столик, поэтому после отрезания части листа остаются следы микроатмосферы. Они-то и вызывали свечение пустого места в опытах супругов Кирлиан.

Так что, когда вы в следующий раз услышите разговоры о «эффекте Кирлиан», «фотографировании биополей или полевых структур», просто знайте, что вас обманывают".

Фалеев А.В. «Ошибки системы Малахова». Ростов на Дону: Издательство Феникс, 2006 г. Стр. 89-90.

Аспирант колумбийского Университета защитил докторскую-комикс:

Ссылка на отрывок: http://spinweaveandcut.com/wp-content/uploads/2015/03/Sousanis-Unflattening-Excerpt.pdf

Образ диссертации сложенный годами: книга в твердой обложке, полная листов заполненных буквами под завязку, выверенные иллюстрации, литературные ссылки. Оказывается, все может быть иначе. Ник Сузанис, доктор педагогических наук, оформил свою диссертацию в виде комикса.В своей работе Unflattening («Разуплощение») Сузанис исследует то, как соотносятся между собой слова и изображения в современной литературе. В своей диссертации он задается вопросом о том, «что можно сделать наглядным, работая в форме, которая не просто "о чем-то", но сама по себе это "что-то"».

Защита работы состоялась в мае 2014 года, по ее результатом Ник Сузанис получил степень доктора педагогических наук. В марте 2015 года его диссертация, увидела свет в печатном виде, выйдя в издательстве Harvard University Press.