Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 17 от 8 мая 2007 года

Сегодня точку зрения Эйнштейна трактуют как концепцию "локального реализма". Долгое время она оставалась рабочей гипотезой, пока в шестидесятые годы ирландский физик Джон Белл не доказал теорему, выводы которой позволяют экспериментально отличить предсказания квантовой механики от предсказаний любой возможной теории с локальными скрытыми переменными. Для этого достаточно измерять, например, поляризацию пары первоначально "запутанных", а потом улетевших далеко друг от друга фотонов. С конца семидесятых годов такие эксперименты научились проделывать, и они неизменно подтверждали квантовую теорию, которая предсказывает более тесную взаимозависимость запутанных удаленных частиц. От Эйнштейновской концепции "локального реализма" пришлось отказаться. При этом реализм пока решили оставить, пожертвовав лишь локальностью теории.

Но четыре года тому назад теоретик из Иллинойского университета Тони Леггет (Tony Leggett) показал, что даже если отказаться от локальности возможных теорий со скрытыми переменными, то заметная их часть все же будет давать предсказания, отличные от предсказаний квантовой теории. Венская группа обобщила теоретические результаты Леггета и проверила их экспериментально, измеряя тонкие свойства поляризации запутанных фотонов. Опять победила квантовая механика, и авторы на страницах престижного журнала Nature сделали радикальный вывод о том, что теперь придется отказаться еще и от реализма.

Комментируя их статью в том же журнале, известный своими экспериментами по проверке выводов теоремы Белла французский физик Алан Аспект (Alain Aspect) не согласился с этими выводами. По его мнению, пока нет достаточных оснований отказываться от реализма, хотя философские взгляды скорее дело вкуса, чем логики, и не имеют отношения к науке. Но, во всяком случае, вне зависимости от интерпретации авторов, новые эксперименты весьма полезны для лучшего понимания основ квантовой теории. В последние годы их изучение стимулируется новыми задачами, возникающими в теории квантовых коммуникаций и квантовых вычислений. Будем надеяться, что жаркие споры между учеными, переживающими сегодня, со слов Аспекта, "вторую квантовую революцию", вскоре приведут к новой технологической революции, которая будет инициирована появлением коммерчески доступных квантовых компьютеров. ГА

Очередной рекорд разрешения метода магниторезонансной силовой микроскопии (МРСМ) поставили ученые из Альмаденского исследовательского центра корпорации IBM. Новый микроскоп теперь позволяет получать трехмерные изображения объектов с разрешением всего в сотню атомов.

Атомно-силовой микроскоп, сканируя своей колеблющейся иголкой поверхность образца, может различать отдельные атомы, но не способен заглянуть внутрь материала. В свою очередь, метод ядерного магнитного резонанса позволяет получать объемные изображения объектов, но его предельное разрешение на сегодня около трех микрон. Идея объединить эти два подхода, дабы увидеть, что происходит внутри, например, у транзистора с точностью до каждого атома примеси, пришла в голову ученым около пятнадцати лет тому назад. Но пока эта голубая мечта остается недостижимой, хотя прогресс налицо.

Еще три года тому назад исследователям IBM с помощью МРСМ-микроскопа удалось зарегистрировать сигнал от одного-единственного электрона. Для этого на кончике иглы атомно-силового микроскопа закрепили миниатюрный магнит, спин электрона крутили радиосигналами, а с помощью лазерного интерферометра регистрировали, как от этого меняется частота колебаний иголки. Но магнитный сигнал от одного тяжелого протона в шестьсот раз слабее, чем от легкого электрона, не говоря уже о более тяжелых ядрах других химических элементов.

В новых экспериментах ученые решились на радикальный шаг – образец и магнит поменяли местами. Миниатюрный образец закрепили на колеблющейся балке длиной 120 мкм, а вдоль него стали перемещать острие мощного магнита. Это позволило добиться рекордного пространственного разрешения в 90 нм (в тридцать раз выше, чем у лучших ЯМР-сканеров), разумеется, ценой сложности приготовления миниатюрного среза образца и настройки системы.

И хотя до объемного разрешения в один атом еще далеко, экспериментаторы не унывают и надеются на появление новых радикальных идей, которые, наконец, позволят достичь желаемой цели. А вожделенные трехмерные изображения помогли бы решить множество проблем не только в полупроводниковой индустрии, но и в биологии с медициной. ГА

Физики из Национальной лаборатории ускорителей имени Ферми, которая располагает крупнейшим в мире протонно-антипротонным коллайдером Tevatron, представили на очередной сессии Американского физического общества ряд любопытных экспериментальных результатов. Кевин Лэннон (Kevin Lannon) заново измерил массу топ-кварка, самого тяжелого и самого нестабильного из шести кварков, существующих в природе. Когда этот кварк был открыт в 1995 году, его массу оценили примерно в 180 ГэВ. По данным Лэннона, она несколько меньше, 170,9 ГэВ (с погрешностью до одного процента). Для сравнения: примерно такова же масса ядра вольфрама. Ученые пока не могут понять, каким образом Природа ухитрилась наделить частицу размером не более 10–18 метра той же массой, что и ядро одного из тяжелых металлов (которое больше на восемь порядков!). Лэннон также описал последовательность реакций, в ходе которых топ-кварки рождаются при столкновениях протона и антипротона посредством слабого взаимодействия (ранее их удавалось получать в тех же столкновениях только при участии сильного взаимодействия, которое делает рождение топ-кварка куда более вероятным).

Джеральд Блэйзи (Gerald Blazey) рассказал о первом наблюдении процессов одновременного рождения двух Z-бозонов, а также пары, состоящей из Z–бозона и W–бозона. Эти результаты позволили уточнить верхний предел массы самой загадочной из гипотетических частиц – бозона Хиггса, предсказанного еще в 1964 году, но до сих пор не открытого. Согласно общепринятой (так называемой Стандартной) модели элементарных частиц, этот бозон является квантом скалярного поля, которое взаимодействует со всеми частицами с силой, строго пропорциональной их массе. Очень правдоподобно, хотя строго и не доказано, что это поле и служит причиной самого существования массы. Однако теория не содержит никаких указаний на величину массы хиггсовского бозона, кроме того что она вряд ли может быть больше, чем 1 ТэВ. Согласно новейшим экспериментальным данным, о которых сообщил Блэйзи, масса бозона Хиггса почти наверняка не превышает 144 ГэВ. Этот вывод повышает вероятность открытия хиггсовского бозона не только в ходе экспериментов на Большом адронном коллайдере, который будет сталкивать протоны, разогнанные до энергии 7 ТэВ (этот ускоритель через несколько месяцев планируется запустить в ЦЕРНе), но даже и на Тэватроне. АЛ

Интернациональная команда астрономов обнаружила внесолнечную планету, которая в большей степени похожа на Землю, нежели любая из двух с лишним сотен экзопланет, открытых к настоящему времени. Она обращается вокруг звезды Gliese 581, расположенной в 20,4 светового года от Солнца в созвездии Весов. Эта звезда, масса которой втрое меньше солнечной, принадлежит к классу красных карликов, в силу чего ее поверхность примерно вдвое холоднее поверхности Солнца. Ранее около нее уже были найдены две планеты, одна из которых тяжелее Земли в восемь раз, а другая – в пятнадцать.

Радиус новооткрытого спутника Gliese 581 С в полтора раза больше земного, а его масса превышает массу Земли примерно в пять раз – это самая маленькая внесолнечная планета из известных на сегодняшний день. Объект удален от своей звезды всего лишь на десять с небольшим миллионов километров, что в четырнадцать раз меньше радиуса земной орбиты; продолжительность тамошнего года равна всего тринадцати земным суткам. Температура поверхности планеты лежит в диапазоне от нуля до сорока градусов Цельсия, что делает возможным наличие там жидкой воды, а значит, и органической жизни.

Астрономы, конечно, предполагали, что отсутствие в наших каталогах похожих на Землю планет объясняется несовершенством современной техники (огромные газовые гиганты гораздо проще засечь на большом расстоянии), но абсолютной уверенности не было – а вдруг подобные объекты встречаются во Вселенной очень редко? Теперь же Gliese 581 С наверняка протопчет тропинку для новых открытий. И если братьев по разуму не найдем, так, может, хотя бы обнаружим пригодные для колонизации в далеком будущем миры? АЛ

Сегодня нанотехнологии – это, с одной стороны, бурное развитие методов манипулирования материей на микро– и наноуровнях в рамках многочисленных научно-исследовательских проектов, а с другой – куча концептуальных и технологических вопросов при попытке создать нечто завершенное и полезное. Такая ситуация – плодотворная почва для различного рода обобщений и прогнозов.