Подводя итоги 2009-го и пытаясь заглянуть в будущее, давайте еще раз вспомним о тех научных событиях, сообщения о которых попадали в рубрики «Космос», «Астрономия» и «Физика» и показались нам наиболее интересными в уходящем году.
Большой адронный коллайдер: повторный запуск и первый рекорд
Первая половина 2009 года едва ли была удачной для крупнейшего ускорителя заряженных частиц: стоимость ремонтных работ возрастала, а сроки ввода установки в эксплуатацию неоднократно переносились. Даже анекдотичная история с куском хлеба, который спровоцировал рост температуры в двух секторах БАК за две недели до повторного запуска, воспринималась как должное. К счастью, после ноябрьского пуска ускоритель, кажется, начал работать стабильно, и уже через девять дней специалисты Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) праздновали успех: им удалось обогнать стремительно стареющий американский коллайдер «Теватрон» и установить рекорд энергии протонов.
В ближайшее время БАК должен приступить к выполнению экспериментальной программы; планируется, что к концу 2010 года энергия столкновений протонов дойдет до 10 ТэВ. Если все пройдет удачно, максимальная энергия столкновений — 14 ТэВ — будет достигнута уже в 2011 году.
Обнаружение воды на Луне
Первые предположения о существовании молекул воды и гидроксила на Луне были высказаны очень давно, однако доказать их истинность удалось только в сентябре 2009 года, когда специалисты обработали данные с индийского спутника «Чандраян-1», зонда НАСА Deep Impact и американо-европейского аппарата «Кассини». Менее чем через два месяца эти результаты блестяще подтвердила информация со спектрометров зонда LCROSS, который врезался в дно кратера Кабеус неподалеку от южного полюса Луны.
Объемы обнаруженной воды впечатляют: разгонный блок аппарата LCROSS создал ударный кратер со скромным 20-метровым диаметром, но ученым удалось зарегистрировать целых 100 кг ценного вещества. Вероятно, в 2010 году нас ожидают ожесточенные споры о необходимости пилотируемых полетов на Луну и возможности строительства колоний на спутнике.
Создание завершенного квантового компьютера
В августе 2009-го американским исследователям удалось реализовать давнюю мечту физиков: разработанная ими модель квантового компьютера может выполнять последовательность из нескольких операций над кубитами без потери информации. Устройство имеет полное право называться квантовым компьютером, поскольку позволяет объединить в эксперименте все основные стадии обработки данных. Точность его функционирования составляет всего 94%, но даже столь низкое значение выглядит внушительно на фоне результатов конкурентов.
Нельзя не отметить и исследования, проводимые Google в сотрудничестве с компанией D-Wave Systems. Многие специалисты скептически относятся к созданному в D-Wave Systems 128-кубитному устройству, не признавая его квантовым компьютером, однако работы над этим проектом продолжаются, и всего три недели назад представители Google сообщили о том, что им удалось реализовать квантовый алгоритм поиска по изображениям.
Возможная регистрация частиц темной материи
Поиски темной материи ведут сразу несколько научных групп, но пока ни одной из них не удалось представить неопровержимые доказательства ее существования. Тем не менее в самом конце года участники эксперимента Cryogenic Dark Matter Search сообщили о регистрации двух событий, которые можно трактовать как результаты взаимодействия частиц темной материи с веществом полупроводниковых детекторов. Конечно, этот результат не следует приравнивать к научному открытию, но он гарантирует, что эксперимент будет продолжен и расширен: можно с уверенностью говорить о том, что в 2010 году ученые установят дополнительный набор детекторов, и поток данных, а с ним и вероятность регистрации новых событий увеличатся.
Кроме того, в следующем году поступят в обработку новые данные с гамма-телескопа «Ферми», которые, вполне возможно, будут содержать следы аннигиляции частиц темной материи.
Обнаружение магнитных монополей
Физики пытались придумать действенный способ регистрации магнитных монополей — частиц, обладающих «магнитным зарядом», — со времен Дирака, который предсказал их существование в 1931 году. Высказанная в 2007-м идея о том, что монополи должны наблюдаться в спиновом льду, оказалась плодотворной: в сентябре сразу две научные группы сообщили об обнаружении экзотических частиц в титанатах гольмия и диспрозия.
Монополи в спиновом льду имеют не так много общего с частицами, которые рассматривал Дирак, но их изучение все же должно помочь при разработке магнитной памяти и устройств спинтроники.
Дебют графана
Необычайно популярный и востребованный нынче графен появился, напомним, всего пять лет назад. За это время исследователи, однако, успели опубликовать сотни работ, посвященных материалу и его свойствам; казалось, продемонстрировать что-то кардинально новое в этой области будет очень сложно.
И все же в начале 2009-го международная группа ученых сумела всех удивить, создав новый материал — графан — путем гидрирования графена. При низких температурах графан ведет себя как изолятор, что позволяет использовать его для построения электронных устройств; кроме того, его можно задействовать в качестве материала для хранения водородного топлива.
Стоит отметить, что в списке авторов статьи в журнале Science, посвященной графану, числятся три российских физика: Андрей Гейм, Константин Новосёлов и Сергей Морозов.
Регистрация чрезвычайно удаленных галактик и скоплений
Замыкают наш короткий список открытия истинно астрономических масштабов. В конце года с интервалом в два месяца поступили сообщения об обнаружении самых удаленных из всех известных галактических скоплений и галактик. Некоторые из этих объектов, как утверждается, имели место быть уже через 500 млн лет после Большого взрыва.
Эти результаты, безусловно, будут многократно проверяться другими научными группами, поскольку однозначных критериев поиска галактик со столь высоким красным смещением просто нет. Но все эти споры мы начнем разбирать уже в следующем году...
Разделение материи на «обычную» (красную) и темную (показана синим) при столкновении скоплений галактик (иллюстрация НАСА, ESA, CXC, M. Bradac и S. Allen).