Následující sérii článků poskytl David Jeřábek, 2:420/53.1, přeložil a zpracoval Jiří Svršek, 2:423/43.

Dosud nejsilnější změřené gravitační pole, které odpovídá zakřivení prostoročasu asi o 30%, bylo zaznamenáno vědci, kteří využívají satelit RXTE (Rossi X-Ray Timing Explorer). Pro srovnání, zakřivení prostoročasu o 100% odpovídá černé díře, zakřivení asi jedné milióntiny odpovídá povrchu Slunce. Sonda RXTE má za úkol monitorovat mikrosekundové záblesky rentgenova záření přicházející od binárních hvězdných systémů, v nichž hmota z běžné hvězdy přetéká na akreční disk blízké neutronové hvězdy nebo černé díry [E1]. Dosud bylo objeveno 16 binárních systémů, které obsahují neutronové hvězdy a spirální akreční disky. Při dopadu plynu na akreční disk se plyn v gravitačním poli ohřívá a stává se zdrojem rentgenova záření. Vznikají kvaziperiodické oscilace jasnosti hvězdy v rentgenovém oboru záření. Variace jasnosti mají určité dobře definované periody, které odpovídají zvláštním orbitálním periodám rotací plynu kolem hvězdy. Vědci se proto domnívají, že prostoročas kolem neutronové hvězdy je značně zakřiven. Poloměr neutronové hvězdy je řádově jen několik desítek kilometrů. Na zasedání Americké fyzikální společnosti ve státě Ohio Frederick Lamb z Univerzity v Illinois (217-333-6363) [M1] popsal pozorované variace jasnosti rentgenova záření, které lze použít pro studium některých vlastností neutronové hvězdy, jako je její hmotnost a poloměr. Na tiskové konferenci se Frederick Lamb a William Zhang z Goddardova střediska NASA soustředili na binární systém 4U1820-30, který je vzdálen od Země asi 20 tisíc světelných let. Neutronová hvězda má hmotnost asi 2,3 hmotnosti Slunce a obíhá svého průvodce za pouhých 11 minut. Podrobnější pozorování tohoto systému potvrzuje předpověď Fredericka Lamba a jeho kolegů Colemana Millera a Dimitrose Psaltise, že plynová mračna se blíží k neutronové hvězdě po spirále, až se dostanou na "nejnižší stabilní dráhu", odkud plyn dopadá na povrch hvězdy. Jde o čistě o relativistický efekt obecné teorie relativity. Podle Newtonovy klasické mechaniky by plyn normálně dopadal na povrch hvězdy. Pozorování Williama Zhanga a jeho kolegů, které potvrzuje Lambovu předpověď, otevírá etapu "silných gravitačních polí" ve studiu obecné teorie relativity. Měření pohybu plynu v silném gravitačním poli vědcům umožní pochopit podstatu silné jaderné interakce působící proti gravitačnímu kolapsu neutronové hvězdy. Nové důkazy naznačují, že silná jaderná interakce je silnější a více odpudivá, než se dosud obecně myslelo.

Vznikající planetární soustavy ve formě tenkého prachového disku se vyskytují u řady hvězd. Astronomové věří, že sluneční soustava vznikla z plynoprachového disku z materiálu, který zbýval po vzniku Slunce. Již dříve byl podobný disk objeven u hvězdy beta Pictoris. V časopise Nature (23 dubna 1998) byl oznámen objev podobného prachového disku u hvězd Formalhut a Vega (alfa Lyrae). Na tiskové konferenci NASA 21. dubna 1998 byl oznámen další objev prachového disku u hvězdy HR4796A. Disk kolem hvězdy Formalhut dokonce obsahuje bezprachovou vnitřní oblast, ve které zřejmě již vznikly planety kondenzací prachu. Tato pozorování umožňují nové infračervené detektory, pomocí nichž lze studovat záření relativně chladného prachu.

Physical Review Focus je nový týdenní přehled vybraných článků publikovaných v odborném časopise Physical Review Letters. Na rozdíl od stručných zpráv Physics News Update přehled Physical Review Focus jde do větší hloubky. Přehled je dostupný na WWW serveru Americké fyzikální společnosti na URL [X1].

Literatura a odkazy:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) Subject: update.368, PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 368 April 23, 1998 by Phillip F. Schewe and Ben Stein

[E1] Černé díry, akreční disk.

Husté prostředí atomového jádra způsobuje ztrátu efektivní hmotnosti částic. Takové částice interagují tak, jako by měly nižší hmotnost. V polovodičích při pokojové teplotě se elektron pohybuje křemíkem pomaleji, než když se při působení stejně velké síly pohybuje galliumarsenidem. Fyzikové proto říkají, že elektron má v galliumarsenidu nižší "efektivní" hmotnost. V dubnu 1998 na zasedání Americké fyzikální společnosti ve městě Columbus Johann Peter Wurm ze společného týmu CERES v CERN oznámil experimentální důkaz podobného jevu u částic, které vznikají při srážkách mezi těžkými jádry atomů. Jednou z těchto částic je mezon ró, který se skládá z kvarku "up" a z antikvarku "up". Ve vakuu má mezon ró hmotnost 780 MeV/c^2, ale během srážek interaguje tak, jako by měl výrazně nižší hmotnost (možná nižší než 400 MeV/c^2). Tato nižší efektivní hmotnost způsobuje změnu doby života mezonu ró a rychlost jeho rozpadu na dvojici leptonů, jako jsou elektrony a pozitrony. Tento rozpad byl pozorován experimentálně. Podle Volkera Kocha z laboratoře v Lawrence Berkeley tento jev se může vyskytovat u částic pohybujících se v prostředí z jader atomů, jako je tomu například u neutronových hvězd.

Při magnetickém zdrojovém zobrazování MSI (Magnetic Source Imaging) supersenzitivní supravodivý detektor zachycuje slabé magnetické pole, které vzniká při průchodu elektrických signálů zkoumaným tělem. Metoda MSI má ve srovnání s více používanými metodami MRI nebo PET určité výhody, jako je ostřejší časové rozlišení (větší počet záznamů za sekundu) a nezávisí na průtoku krve zkoumanou částí těla (což umožňovalo snímkování srdce nebo mozku). Sam Williamson z Univerzity v New Yorku (212-998-7692) již dříve touto metodou studoval mozkovou kůru. Na zasedání Americké fyzikální společnosti v Los Angeles Williamson oznámil výsledky studia mozkové kůry při průchodu elektrických signálů různé úrovně. Kromě jiného zaznamenal v mozkové kůře určité obrazce, které se udržovaly po dobu až 30 sekund. Takové obrazce mohou snad odpovídat "paměťovým cestám" v mozku. Každá část této cesty má přitom vlastní dobu trvání. (Science, 3 April 1998).

V prosinci 1997 byl pozorován na několika vlnových délkách dosud nejzdálenější výtrysk gamma záření s rudým posuvem 3,4. Výsledky optických měření tohoto objektu pomocí Keckova teleskopu a pomocí Hubbleova vesmírného teleskopu byly oznámeny astronomem Shrinivasem Kulkarnim z Caltechu na zasedání Americké fyzikální společnosti v dubnu 1998. Optická astronomická pozorování byla provedena na základě měření rentgenova záření satelitem BeppoSax (Science, 24 April 1998).

Dosud nejlepší uměle vytvořené vakuum bylo vytvořeno pomocí čtyřmetrového disku Wake Shield dopraveného na oběžnou dráhu Země americkým raketoplánem. Průměrná vzdálenost mezi zbytkovými atomy je kolem jednoho milimetru. Zatím velmi dobré kompresory jsou schopny dosáhnout průměrnou vzdálenost mezi atomy desetkrát horší, jen desetinu milimetru. Gerald Gabrielse dosáhl vakua o tlaku jen 5.10^-17 torrů, což odpovídá asi dvěma atomům v centimetru krychlovém. Pro srovnání, atomy v mezihvězdném prostředí jsou od sebe vzdáleny asi jeden centimetr, galaktické halo obsahuje atomy ve zdálenosti kolem 10 centimetrů. V prostoru mezi galaxiemi jsou atomy v průměrné vzdálenosti 10 metrů, což je dosud nejnižší změřená hustota fyzikálního vakua. (New Scientist, 25 April 1998).

Literatura a odkazy:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) Subject: update.369, PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 369 April 29, 1998 by Phillip F. Schewe and Ben Stein

Pouze asi 30% momentu hybnosti protonu připadá na jeho valenční kvarky (dva kvarky "up" a jeden kvark "down"), které tvoří proton. Na gluony, které udržují kvarky v protonu, připadá asi 50% momentu hybnosti. Zbývajících 20% momentu hybnosti pak připadá na dvojice virtuálních částic, které neustále krátkodobě vznikají a zanikají z vakua (Fermiho moře) [E1], [E2]. Virtuální částice nelze pozorovat samostatně, ale pouze prostřednictvím srážek, kdy dojde k přenosu momentu hybnosti ze zkušební částice paprsku s vysokou energií. Tímto způsobem jsou studovány populace antikvarků "up" a "down" v protonech při srážkových experimentech na zařízení Fermilab (kontakt: Paul Reimer z Los Alamos, [M1], 505-667-0145). Obecně je výskyt antikvarku "up" a antikvarku "down" přibližně stejný s výjimkou případů, kdy vyražený kvark má nízký moment hybnosti. V těchto případech převáží buď počet antikvarků "up" nebo antikvarků "down". (Hawker et al., Physical Review Letters, 27 April.)

V květnu 1998 časopis Physics Today oslavil 50 let své existence. Mimo jiné byly publikovány články, které předpovídají klíčové vědecké objevy a události v blízké budoucnosti.

Gordon Kane (Michican) uvedl, že v roce 2011 budou objeveny na urychlovači hadronů Large Hadron Collider částice s hmotností 950 a 1900 GeV, které teoretikové interpretují jako důkaz dvou nových prostorových rozměrů. Paul Grant (Electric Power Research Institute) popsal, že v roce 2028 bude dokončen vývoj polymeru molekul DNA, který bude supravodivý až do teploty na 600 Kelvinů. Jack Watrous (NumerEx v Albuquerque, New Mexico) popsal, jak v roce 2048 se vláda zabývá problémem rozšíření technologie robotů založené na rekombinantech DNA, programovatelných systémů s autonomní možností výpočtů.

Měřením prokázala, že skla oken z 12. století v katedrálách jsou silnější v dolní části než v horní. To vede k myšlence, že sklo se chová jako kapalina, která velmi pomalu teče vlivem gravitace. Překvapivě vědecká literatura o tomto jevu je velmi skromná. Edgar Zanotto z Federální univerzity v Sao Carlos v Brazílii [M2] se zabýval modelováním různých druhů skla. Přitom zjistil, že pokud sklo skutečně teče, pak měřitelné hodnoty by odpovídaly miliardám a nikoliv stovkám let. Zanotto také zkoumal úlomky skla starého několik tisíc let, ale neobjevil žádné příznaky jeho toku ve směru gravitace. Domnívá se, že některé sklo v oknech katedrál je silnější v dolní části kvůli starým výrobním procesům, při kterých bylo foukáno do válců a pak ručně narovnáno do plochy. (American Journal of Physics, May 1998).

Literatura a odkazy:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) Subject: update.370, PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 370 May 6, 1998 by Phillip F. Schewe and Ben Stein

[E1] Kvantové fluktuace vakua a teorie kvantových polí.

[E2] Cooperovy páry. Fermiho koule (Fermiho moře).

Magnetická rotace jádra je zcela nový jev současné jaderné fyziky. Tento jev by mohl přispět k pochopení rotace objektů v kvantovém měřítku. Ve většině případů má atomové jádro zcela přesný sférický tvar. Jeho vlastnosti proto nezávisí na směru pozorování. Ale podle názoru kvantové mechaniky postaveného na pozorování za takových podmínek rotace nemůže existovat. Jsme ve stejné situaci, jako bychom chtěli odhalit rotaci bílé koule proti černému pozadí.

Fyzikové však již v roce 1980 objevili, že některá atomová jádra jsou deformována. Tato jádra vyzařují paprsky gamma, jejichž energie odpovídá zpomalování rotace jádra. V posledních pěti letech vědci objevili, že podobné gamma záření vyzařují také jádra (např. Pb-198), jejichž tvar je téměř sférický. Proč také tato jádra vyzařují gamma záření? Stefan Fauendorf z Německa je přesvědčen, že gamma záření pochází z posuvu vnitřního uspořádání protonů a neutronů v jádře. V případě olova Pb 198 dva protony a čtyři neutrony se chovají jako satelity jádra s nízkou oběžnou dráhou. Obíhající protony a neutrony vytvářejí v různých směrech úhlový moment, který odpovídá jejich orientaci vůči jádru, což vede k rotaci jádra, ikdyž jeho tvar zůstává sférický. Navíc těchto šest nukleonů by mohlo vytvářet magnetický dipól, odkud je odvozen název "magnetická rotace". (Rod Vlark, LBL, 510-486-4243, zasedání APS v dubnu 1998, viz též [X1])

Vědci ukázali, že planeta Země trvale vibruje nezávisle na zemětřeseních a pohybech v zemské kůře. Vědecký tým z Californské univerzity v Santa Barbara a z Tokijského ústavu technologie analyzovaly gravimetrická data v období let 1983 až 1994. Nalezli celkem 61 dní seismického "ticha", kdy bylo možno prostudovat módy přírodních oscilací Země. Vědci objevili několik těchto módů v rozsahu od 2 do 7 miliHertzů (tedy vibrací s periodou několika stovek sekund). Tyto velmi slabé sférické kmity vznikají zřejmě nepatrným zrychlením pevné hmoty Země o velikosti 10^-9 cm/s^2. Vědci se domnívají, že příčinou těchto vibrací jsou atmosférické turbulence. (Tanimoto et al., Geophysical Research Lett., May 15; contact Toshiro Tanimoto, UC Santa Barbara, [M1]).

Tranzistory z uhlíkových nanovláken jsou malé elektronické součástky sestavené z pramenů vláken uhlíkových atomů. Vědcům z Holandska (Cees Dekker, Delft Institute of Technology, [M2]) se nyní podařilo tento tranzistor vyrobit jako ukázku elektroniky založené na uhlíku v molekulovém měřítku. V tomto zařízení je použito polovodičové uhlíkové nanovlákno o průměru jen 1 nm, které je přemostěno dvěma těsně oddělenými kovovými elektrodami (ve vzdálenosti 400 nm) umístěnými na křemíkovém povrchu, který je dopován oxidem křemíku. Použitím elektrického pole na podklad z křemíku (přes hradlovou elektrodu) dochází k přepínání proudu procházejícího nanovláknem. Ačkoliv jsou nanovlákna robustní a pevné molekuly, nelze je vyrobit zcela stejně. Tato skutečnost je určitou překážkou protože malé odchylky od požadovaného průměru mění kovové vlastnosti nanovláken. Na druhé straně tato vlastnost znamená určitou výhodu, kdy lze vytvořit spojení mezi kovem a polovodičem zhotovené kompletně z nanovláken. (S.J. Tans et al., Nature, 7 May 1998, snímky dostupné na [X2]).

Literatura a odkazy:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) Subject: update.371, PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 370 May 13, 1998 by Phillip F. Schewe and Ben Stein

Protony a antiprotony mají stejnou hmotnost s možným poměrem hmotností 1:1+/-(10^-10). Harvardští fyzikové Gerald Gabrielse (617-495-4381) a Anton Khabbaz a jejich bonnští spolupracovníci jsou schopni provádět porovnání jednoho antiprotonu a jednoho protonu pomocí iontové pasti za působení silného magnetického pole. Dosud není žádný důvod, proč by se hmotnosti antiprotonu a protonu měly vzájemně lišit. Provedená měření představují dosud nejpřesnější ověření hypotézy symetrie CPT. Podle této hypotézy fyzikální zákony jsou invariantní vůči současnému provedení transformací C (změna elektrického náboje), P (změna parity, tj. zrcadlení) a T (inverze toku času). [N1]

Slabá interakce je v podezření, že působí změny některých procesů při časové inverzi. Je prokázáno, že působí změny při prostorovém zrcadlení (transformace P) a při změně všech částic v antičástice (transformace C). Kombinovaná transformace CP ponechává procesy téměř beze změny. Z obecných principů, mezi nimiž zaujímá důležité místo teorie relativity, by měl být svět při transformaci CPT přesně invariantní. Je-li tomu tak, pak změny způsobené kombinovanou transformací CP by měly být odstraněny změnami vyvolanými časovou inverzí T.

Je ovšem i druhá možnost, že se přírodní děje při časové inverzi T nemění. Pak by se musely ovšem měnit při současné transformaci CPT. Tuto možnost nelze zcela vyloučit. Lze jen konstatovat, že zatím všechny experimenty jsou konzistentní s přesnou symetrií CPT. [N2] Nové výsledky měření hmotnosti protonu a antiprotonu byly oznámeny na zasedání oddělení atomové, molekulární a optické fyziky APS (zpráva I6.05) v Santa Fe. [X1]

V experimentu s iontovou pastí (zpráva DP.72 na zasedání APS v Santa Fe) Gerald Gabrielse a jeho harvardští kolegové oznámili ochlazení elektronů na teplotu jen 70 mK. Jde o první ochlazení elementárních částic pod teplotu 4 Kelvinů. Dosud se dařilo ochladit na tak nízké teploty pouze mnohem těžší objekty, jako jsou atomy. Navíc takto ochlazený elektron a iontová past tvoří "atom", ve kterém měření kvantového stavu elektronu neovlivňuje jeho energii, čímž lze provádět měření cyklotronového pohybu elektronu v pasti bez vzniku fotonů.

Vědcům se poprvé podařilo změřit, jakým způsobem tři vodíkové ionty vzájemně sdílejí energii a jakou mají vzájemnou polohu. Tím se podařilo vnést nové světlo do problému tří těles jeho řešením pomocí elektricky nabitých částic. Ačkoliv fyzika je schopna provést přesné působení sil mezi dvěma tělesy (jako je Slunce a Země), nedokáže přesně určit silové působení mezi třemi tělesy (jako jsou Slunce, Země a Měsíc). Podobně nelze přesně určit silové působení Coulombovy síly mezi třemi elektricky nabitými částicemi.

Dřívější experimenty se zaměřily na výzkum interakce mezi dvěma elektrony a kladným iontem, protože tuto situaci lze dobře aproximovat problémem dvou těles, neboť těžký iont zůstává téměř na místě.

Na zasedání APS (zpráva K5.03) Lisa Wiesová z University of Nebraska (402-472-2786) popsala technicky obtížné studium tří přibližně stejně hmotných částic, mezi nimiž působí Coulombova elektrostatická síla. Vrháním molekulových iontů H3+ proti terči z atomu hélia vznikají tři ionty H+, H- a H+. Měřením energií všech tří částic a jejich úhlů odrazu od terče fyzikové se domnívali, že iont H- má tendenci zůstávat mezi oběma ionty H+ poblíž "Coulombova libračního bodu" (ve kterém jsou síly všech tří iontů vodíku v rovnováze). Na rozdíl od teoretických předpokladů ale vodíkový iont H- nikdy nebyl v tomto libračním bodu pozorován (viz obrázek na [X2]). (L.M. Wiese, Phys. Rev. Lett., 22 Dec. 1997).

Literatura a odkazy:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) Subject: update.372, PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 372 May 20, 1998 by Phillip F. Schewe and Ben Stein

[N1] Vznik a vývoj vesmíru, 6. Šipka času. Natura 3/1995.

[N2] Teorie elementárních částic, 7. Časová inverze. Natura 6/1995.

(c) 1998 Intellectronics
poslední úprava: 26.5. 1998

časopis o přírodě, vědě a civilizaci