В сетях интернета

                ПЛАНЕТАРНАЯ МОДЕЛЬ АТОМА: РУЧНАЯ РАБОТА. Американским учёным удалось на практике реализовать простейшую модель атома, в которой электрон действительно обращается вокруг ядра, как планета вокруг звезды. Такая модель была предложена Э.Резерфордом в 1911 г., однако почти сразу же были высказаны большие сомнения в её справедливости: модель не позволяла объяснить экспериментально наблюдаемые спектры испускания атомов (в частности, открытую ещё в 1888 г. ридберговскую серию линий в атоме водорода). Чтобы привести теорию в согласие с экспериментом, Н.Бор в 1913 г. постулировал квантование момента импульса электрона в атоме, из чего следовал вывод о дискретности радиусов электронных орбит. И лишь после создания основ квантовой механики стало понятно, что электрон в атоме следует рассматривать не как планету, движущуюся вокруг светила-ядра по классической орбите, а скорее как некое размытое облако. Квантовая механика позволила не только объяснить электронную структуру огромного числа атомов и молекул, но и предсказала множество новых эффектов, впоследствии обнаруженных экспериментально. Однако квантовые представления о строении атома сильно потеряли в наглядности по сравнению со «старой доброй» планетарной моделью. «Компенсировать» этот недостаток решили учёные из Университета штата Вирджиния (США). Они «сконструировали» классические резерфордовские атомы лития, в которых электроны не размазаны в окрестности ядра, а обращаются вокруг него, подобно классическим частицам. Чтобы изготовить такие атомы, нужно локализовать электронное облако на орбите, т.е. сформировать волновой пакет из когерентной суперпозиции волновых функций. Это достигается путём воздействия на атомы пико- или фемтосекундными лазерными импульсами, которые переводят электрон в область энергий с большими значениями главного квантового числа n, где электронные уровни расположены очень густо (чем больше состояний в волновом пакете, тем лучше он локализован). Орбитальная частота пакета при этом равна f_K = e/h, где e – разность энергий соседних состояний. Поскольку энергия связи электрона в атоме E_b = Ry/n², где Ry – постоянная Ридберга, то e = 2Ry/n³ для Для n=70 частота находится в СВЧ-диапазоне (f_K=19,2 ГГц). Однако из-за дисперсии f_K и эффектов дефазировки уже через несколько десятков оборотов вокруг ядра волновой пакет размывается. Чтобы его уберечь, на атом воздействуют слабым микроволновым полем, осциллирующим с частотой f_K. Это поле синхронизирует движение электрона и не даёт пакету расплываться в течение нескольких тысяч периодов его обращения по орбите. В атоме лития над заполненной 1s-оболочкой имеется один валентный электрон. Его-то и забрасывали на кеплеровскую орбиту американские учёные. При этом было показано, что плавное изменение частоты стабилизирующего поля позволяет изменять орбитальную частоту электрона, а значит, и размеры его орбиты. Так, например, понижение частоты от 19 ГГц до 13 ГГц приводит к увеличению n от 70 до 79, о чём свидетельствуют результаты измерения энергии ионизации. Одним из интересных возможных приложений развитой методики может стать контролируемый перевод атомов антиводорода, образующихся в состоянии с большими n, в состояния с низкими n.

Бюллетень ПерсТ
http://perst.isssph.kiae.ru/Inform

ЛЁД ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ. Вода обязательно присутствует во всех живых организмах и порой оказывается «ограниченной» очень малым объёмом. Например, около 20% массы биологических мембран (толщиной 5–10 нм), регулирующих обмен веществ между клетками и средой, а также между отсеками внутри клеток, составляет прочно связанная вода. Поэтому исследование свойств воды в таких условиях привлекает внимание. Учёные ожидали, что физические свойства воды в нанообъёме могут оказаться совсем другими, но изучать их ещё недавно было очень сложно. Однако ситуация упростилась с появлением уникальных наноконтейнеров (углеродных нанотрубок), проникать в которые и двигаться в них могут молекулы воды. Внутри нанотрубки диаметром 0,8 нм и длиной 1,34 нм молекулы воды образуют одномерно упорядоченные цепочки из примерно пяти молекул, связанных сильной водородной связью. Флуктуации плотности вне нанотрубки приводят к высоко согласованному, но быстрому «дрейфу» молекул воды вдоль оси нанотрубки, приводящему к импульсным выбросам воды. Разрыв цепочки энергетически невыгоден и происходит крайне редко. Полученные результаты важны для понимания некоторых биологических процессов, а также могут быть использованы при создании определённых типов сенсоров. Cовсем недавно японские учёные, изучая рентгеновскую дифракцию, показали, что «ледяные» нанотрубки внутри одностенных углеродных нанотрубок существуют даже при комнатной температуре и давлении ниже атмосферного. Измерения проводили в температурном диапазоне 90–360 К. Оказалось, что при пониженных температурах внутри нанотрубок образуются трубчатые ледяные структуры – ледяные нанотрубки. (Обычные трубки – из углерода.) Их температура плавления зависит от диаметра нанотрубок. В частности, при диаметре 1,17 нм ледяная нанотрубка представляет собой стопку кольцевых структур из пяти молекул воды каждая (пятиугольная нанотрубка), её температура плавления 300 К (27 °С)! Таким образом, изменяя диаметр нанотрубки можно добиться того, чтобы температура её плавления лежала практически в любой области. Вода мгновенно испаряется из нанотрубки. Этот экзотический эффект может найти и практическое применение.

Бюллетень ПерсТ
http://perst.isssph.kiae.ru/Inform

НОВЫЙ ВЗГЛЯД НА ПЕРВЫЕ МГНОВЕНИЯ СУЩЕСТВОВАНИЯ ВСЕЛЕННОЙ. Согласно современным представлениям, в первые микросекунды существования Вселенной она находилась в совершенно необычном, практически не изученном экспериментально состоянии, называемом кварк-глюонной плазмой. Элементарные заряженные частицы, кварки, являются составными частями всех адронов – барионов (протонов, нейтронов) и мезонов, – а нейтральные частицы глюоны являются переносчиками сильного взаимодействия, которые обеспечивают «склеивание» кварков в адроны. В настоящее время кварки встречаются только в связанном состоянии, однако в первые мгновения жизни Вселенной, когда эти частицы только-только образовались, они находились в свободном (газообразном) состоянии. Нельзя, правда, исключить, что и сейчас встречаются объекты, в которых кварки и глюоны существуют в «первозданном» виде, – речь идёт о так называемых «кварковых звёздах». Однако экспериментальное исследование такого гипотетического состояния материи сталкивается с огромными трудностями: во время существования кварк-глюонной плазмы Вселенная была очень горячей – её температура превышала 10¹² К (это на несколько порядков выше, чем температура в недрах самых горячих звёзд). Реализовать пригодные для существования кварк- глюонной плазмы условия сейчас можно единственным образом – используя ускорители на встречных пучках (коллайдеры). Учёные полагают, что при достаточно больших энергиях сталкивающихся ионов протоны и нейтроны, из которых они состоят, на короткое время могут превращаться в кварк-глюонную плазму. Попытки получить и исследовать кварк-глюонную плазму в последние годы интенсивно ведутся в Брукхэвенской национальной лаборатории (США) на релятивистском коллайдере тяжёлых ионов. В экспериментах используются тяжёлые ионы золота. Американские учёные раньше высказывали предположение, что им действительно удалось наблюдать кварк-глюонную плазму, которая существует при температуре порядка 2•10¹² К. Последние сообщения из Брукхэвенской лаборатории ещё интереснее: исследователи сообщают, что им действительно удалось наблюдать кварк-глюонное состояние материи, существующее порядка 10^–23 с, однако оно напоминает не газ, а... жидкость. То есть, несмотря на экстремально высокие температуры, кварки достаточно сильно связаны между собой, и их движение напоминает движение атомов скорее в жидкости, а не в газе. Кварк-глюонная жидкость, с поправкой на масштабы и температуры, очень похожа на обычную жидкость, например на воду, – она имеет достаточно низкую вязкость и обладает высокой однородностью. Результаты свидетельствуют о том, что сила взаимодействия между кварками и глюонами значительно сильнее, чем полагали раньше. Теперь учёные планируют исследовать состояние этой самой необычной из существующих во Вселенной жидкостей, пытаясь определить такие её параметры, как вязкость, темплоёмкость и скорость звука в ней.

Nature
http://www.nature.com/news/2005

ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО В АТМОСФЕРЕ ТИТАНА. Межпланетная автоматическая станция «Кассини» во время пролёта на расстоянии 10²⁷ км над замёрзшей поверхностью Титана, спутника Сатурна, обнаружила огромное количество сложных органических соединений в верхних слоях его атмосферы. Это открытие может дать ключ к давней загадке возникновения жизни на Земле. Плотная атмосфера Титана состоит в основном из азота и метана – простейшего из углеводородов, – и учёные были весьма удивлены, обнаружив большое количество различных сложных углеводородов. Предположительно эти соединения образуются на Титане из азота и метана в результате реакций, вызываемых воздействием солнечного света или обладающих высокоэнергичных частиц, вылетающих из магнитосферы Сатурна. Как заявил один из руководителей эксперимента, в конечном итоге собранная на Сатурне и его спутниках информация поможет определить происхождение органического вещества во всей Солнечной системе.

Новости науки «Русского переплёта»
http://www.pereplet.ru/nauka/

К.Ю. Богданов,
школа № 1326, г. Москва