Журнал "Компьютерра" №717-718

Журнал Компьютерра

Преоны выходят из тени

Физики из Технологического университета Лулео (Швеция) опубликовали любопытную статью, в которой сомнительная идея о существовании преонов превращается во вполне проверяемую рабочую гипотезу.

Согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, все вещество во Вселенной состоит из шести кварков и шести лептонов. Однако около тридцати лет назад некоторые теоретики решили, что даже дюжина — слишком много. То есть лептоны и кварки, в свою очередь, состоят из более мелких частиц, преонов. Достаточно, например, всего трех. С тех пор идея существования преонов пользовалась у теоретиков то большей, то меньшей популярностью, но по сей день ни

одна из разнообразных преонных теорий не вела к экспериментально проверяемым фактам. Слишком много энергии потребовалось бы, чтобы расколотить кварк на преоны, и такого уровня нельзя достичь ни на одном из современных ускорителей. А то, что нельзя проверить, уже выходит за рамки науки.

Но два года тому назад шведские теоретики решили посмотреть, что будет, если из преонов образовать звезды. Если взять канонический сценарий Большого взрыва, в котором, согласно современной физической вере, родилась наша Вселенная, мы увидим, что сначала были лептоны и кварки. Кварки, остывая, объединились в протоны и нейтроны, те, еще подостыв и объединившись с электронами, образовали атомы, и так далее. А значит, не будет большой ересью предположить, что еще до лептонов и кварков были преоны, и часть из них из-за флуктуаций не стала обычной материей, а образовала чисто преонные звезды. Обсуждают же нейтронные звезды и звезды из кварков, чем же преоны хуже?

Прикинули, какими могут быть преонные звезды. Оказалось, что их масса должна быть значительно меньше, чем у обычных звезд, — не больше сотни земных масс, но плотность гораздо выше, чем у нейтронных звезд и даже звезд из кварков. Нижнего предела массы вроде бы нет, но ученые решили, что более вероятны преонные звезды размером с горошину и с массой чуть меньше, чем у Луны. Такой горох, редко рассеянный по пространству, слишком мал, чтобы его наблюдать непосредственно, зато он прекрасный кандидат на роль темной материи.

И эти умозаключения так бы и остались очередной теоретической сказкой, если бы теперь авторы не объяснили, как такой преонный горох обнаружить. Оказывается, подобные объекты будут хорошо работать как гравитационные линзы. Гравитационное линзирование — отклонение лучей света, проходящих мимо массивных объектов, — давно известно астрофизикам. Но преонные звезды будут хорошо взаимодействовать не со светом, а с гамма-квантами, которые время от времени рождаются в различных вселенских катастрофах вроде взрывов сверхновых. Правда, преонный горох не усилит гамма-сигнал, как обычная гравитационная линза, зато оставит характерный след в его спектре.

Другой способ обнаружения преонных звезд заключается в регистрации гравитационных волн. Их будут эффективно излучать две горошины, если они образуют пару и, как двойные звезды, начнут вращаться вокруг общего центра масс. Если такая пара окажется вблизи Солнца, то ее гравитационные волны будут столь сильными и высокочастотными, что их сможет зарегистрировать настольный прибор (сегодня для этой цели применяются гигантские подземные детекторы гравитационных волн, которые до сих пор так ничего и не поймали).

И наконец, если небольшая преонная звезда столкнется с Землей, это событие можно будет зарегистрировать сейсмодетекторами. Горошина так мала и массивна, что просто пробьет нашу Землю насквозь, не причинив больших разрушений. Но на сейсмодетекторах должен остаться характерный сигнал.

Теоретики редко предлагают массу экспериментальных способов для подтверждения их любимой гипотезы. И теперь слово за специалистами. Ведь если даже проанализировать уже накопленный массив астрономических и сейсмических данных, быть может, очень повезет и найдутся следы преонных горошин. Или, скорее, выяснится, что их существование весьма маловероятно. ГА

Главное, не суетиться

Любопытные

результаты, проливающие свет на механизмы трения на атомном уровне, получила команда ученых из Хьюстонского и Висконсин-Мэдисонского университетов. Оказывается, чем тяжелее атомы, тем меньше трения испытывает покрытая ими наноповерхность.

Трение — известный бич всевозможных машин и механизмов. И хотя в распоряжении у инженеров есть несколько сносных моделей, которые позволяют описать каким образом свойства поверхностей вроде адгезии, шероховатости или твердости материала влияют на трение, на атомном уровне механизмы процесса до сих пор во многом остаются загадкой. Особенно страдают от этого наномашины, поскольку чем меньше масштабы устройства, тем сильнее проявляется трение, а инженерного опыта тут еще нет.

Американским ученым удалось поставить простые и красивые эксперименты, в которых выяснилось, как масса атомов на поверхности влияет на трение. Для этого они покрывали поверхность кристаллов алмаза и кремния монослоем атомов водорода или его тяжелого изотопа дейтерия. По идеально гладкому слою скользили иголкой атомно-силового микроскопа и измеряли силу трения иглы о поверхность. В обоих случаях трение о поверхность с дейтерием было заметно меньше.

У дейтерия и водорода химические свойства одинаковы и они одинаково взаимодействуют с материалом иголки. Только масса атомов дейтерия вдвое больше и его тяжелые атомы колеблются с меньшей частотой. Поэтому атомы дейтерия реже сталкиваются с атомами движущейся иголки, а значит меньше забирают у них кинетическую энергию, превращая ее в тепло колебаний атомов материала подложки. Так ученые объяснили наблюдаемую меньшую силу трения на дейтерии.

Теперь ученые стали лучше понимать механизм трения на атомных масштабах, а у теоретиков появились новые надежные данные для проверки своих моделей. Да и без них у инженеров теперь уже есть очевидный рецепт снижения, а если необходимо, увеличения трения в новых микромашинах. ГА

И тритиевые игрушки

Долгоиграющий светящийся материал, названный Litro-sphere, разработала американская компания MPK. Он может светиться всеми цветами радуги, дешев, прочен, гибок, безопасен и способен работать дюжину лет подряд без всяких дополнительных источников энергии. Эта технология обещает экономию миллиардов долларов, расходуемых сегодня на разнообразную подсветку запасных выходов, дорожных знаков, велосипедов и детских игрушек. В основе новой технологии лежит старая идея использования энергии электронов, рождающихся при бета-распаде. Обычно для этого используется нестабильный изотоп водорода тритий, который с периодом полураспада двенадцать лет превращается в ион гелия-3, электрон и нейтрино. Средняя энергия этих электронов невелика и не представляет опасности, но ее можно конвертировать в свет с помощью люминофора вроде фосфора. Свет получается неярким и не может конкурировать с обычными лампами, но для подсветки вполне достаточен.

Вопрос лишь в том, как сделать технологию удобной, безопасной и дешевой. Материал Litrosphere представляет собой миниатюрные пластиковые или стеклянные шарики, заполненные тритием и покрытые люминофором. Шарики легко добавить в краску или пластик, чтобы сделать их светящимися. Покрытый такой краской стандартный бумажный лист обойдется в 35 центов. Слой краски получается гибким, не боится тепла или холода и выдерживает изрядное давление. Испускаемые тритием электроны не могут пробить оболочку сферы, да и сам газ очень надежно в них упакован, что делает материал совершенно безопасным и пригодным для использования даже в детских игрушках.