Výzkumníci IBM ve švýcarském Zurichu vyvinuli datovou AFM paměť s velmi vysokou hustotou s využitím pole 32x32 tenkých nosičů, z nichž každý může zapisovat a číst z polymerního média pro ukládání dat. Jeden nosič, součást mikroskopu atomových sil (AFM, Atomic Force Microscope), může zapisovat data s hustotou 400 až 500 Gbit/palec², což je asi desetkrát více, než je hustota současných magnetických pevných disků. Zahřátý nosič vytváří malou (30 až 40 nm) kónickou drážku v polymerním médiu. Problémem této technologie je velmi nízká rychlost. V novém uspořádání bylo použito pole s více než 1000 AFM sondami (viz [X1]). Hustota dat dosáhla asi 200 Gbit/palec², tedy výrazně více, než u běžných magnetických pevných disků. Rychlost ale dosáhla pouze 32 kbit/sec. Výzkumníci z IBM (Peter Vettiger, [M1]) předpokládají, že se jim v dohledné době podaří dosáhnout rychlosti až Gbit/s a tím se vyřeší dosud úzké hrdlo současných počítačů při manipulaci s daty. Jednou z prvních aplikací nové datové paměti budou celulární telefony, kde hlavní roli dnes nehraje rychlost, ale velikost. (Lutwyche et al., Applied Physics Letters, 13. listopadu 2000).

Pohyb malých nosičů je důležitý v řadě zařízení, jako jsou mikroskopy atomových sil, magnetometry, filtry pro telekomunikace a biologické senzory. Všechny aplikace jsou omezeny faktem, že nosiče mohou oscilovat v okolí nebo v charakteristické resonanční frekvenci. Výzkumníci v Cornellu ale nyní vyvinuli nosič, který má resonanční frekvenci od 9,6 kHz až do 37 kHz. Sonda tunelového mikroskopu s rastrovací sondou je vybuzena piezoelektrickým motorem a způsobuje vibrace nosiče. Sonda hraje ještě další roli. Svým pohybem po nosiči (který je jedním koncem upevněn) může měnit jeho resonanční frekvenci podobně jako se mění frekvence zvuku struny v houslích přikládáním prstu v různých místech (viz [X1]). Takové zařízení lze již použít pro filtrování signálů. Přicházející radiový signál může obsahovat řadu nechtěných frekvencí, které je třeba při ladění odstranit. Mikromechanický oscilátor může být integrován v mikročipech bez nutnosti dalších vnějších komponent. Výzkumníci z Cornellu (Maxim Zalalutdinov, [M2], 607-255-6286) očekávají vývoj zařízení v kmitočtové oblasti řádově Mhz. (Zalalutdinov et al., Applied Physics Letters, 13. listopadu 2000).

Tým fyziků z univerzit v Sophia a v Tokiu v Japonsku dosáhl převodu dat ze sériového tvaru na paralelní rychlostí 140 Gbit/sec. Běžná optická komunikace dosahuje rychlosti až 10 Gbit/s. Zatímco elektronické obvody mohou pracovat ještě mnohem rychleji, převod sériového signálu do několika paralelních proudů zpracovávaných odděleně není potřebná. Rychlosti několika Tbit/s již elektronika není schopna dosáhnout a konverze ze sériového na paralelní formát může být nezbytná. Nové experimenty s konverzí dat využívají transformaci signálu z časové do prostorové domény. Časový tvar optického signálu je převáděn přímo do prostorového vzorku. Tento převod se provádí procesem mixování tří vln, v němž dva signály (vstupní a referenční) vstupují do nelineárního optického materiálu a generují třetí signál. Někdy se používá mixování čtyř vln, kdy se kombinují dva referenční signály se vstupním signálem a vytvářejí výstupní signál. Výzkumná skupina (Kazuhiro Ema, 81-3-3238-3432, [M3]) poprvé dosáhla konverze ze sériového na paralelní tvar rychlostí až 140 Gbit/s pro spojitý tok signálu (ještě vyšší rychlosti lze dosáhnout pro jednotlivé pulsy) při pokojové teplotě (dříve zařízení pracovalo při teplotě jen 10 Kelvinů) při velmi nízkých energiích (nanojouly místo milijoulů). (Ishi et al., Applied Physics Letters, 27. listopadu 2000.)

Literatura a odkazy:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 511. November 8, 2000 by Phillip F. Schewe and Ben Stein

Podivné částice jsou hypotetické stabilní nebo semistabilní částice, které obsahují podivné kvarky. Teoretikové předpovídají, že takové částice by mohly existovat po dlouhou dobu uvnitř neutronových hvězd a lze je vytvořit během srážek těžkých iontů na zařízení RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider). Obavy, že produkce podivných částic by mohla vyvolat řetězovou reakci, při níž by se běžná hmota postupně přeměnila v podivnou hmotu s katastrofickými důsledky pro naši planetu, byly vyvráceny (Dar et al., Physics Letters B, 16 December 1999; and Jaffe et al., Review of Modern Physics, říjen 2000) částečně poukazem na fakt, že příroda vytváří srážky těžkých iontů v kosmickém záření bez vzniku podivné hmoty. Zbývající pochybnosti týkající se podivných částic rozptýlil beze zbytku Jes Madsen (45-8942-3670, [M1]) z Univerzity v Aarhusu v Dánsku. Madsen ukázal, že lehké podivné částice jsou vysoce nestabilní. Těžké podivné částice lze velmi těžko vytvořit ve srážkovém reaktoru. Podivné částice střední hmotnosti musí být kladně nabité, což vylučuje jejich slučování s kladně nabitou jadernou hmotou. (Physical Review Letters, 27. listopadu 2000)

Skupina vědců, monitorujících oscilace neutrin na obřím podzemním detektoru Super-Kamiokande v Japonsku, věří, že mionová neutrina se mohou transformovat také v tauonová neutrina a nejen ve "sterilní" neutrina. Někteří teoretikové tvrdí, že kromě tří typů neutrin (elektronového, mionového a tauonového) musí ještě existovat další neutrino, které interaguje ještě slaběji než ostatní neutrina. V původních výsledcích z detektoru Kamiokande menší množství pozorovaných mionových neutrin (vznikajících při srážkách částic o velmi vysoké energii v atmosféře Země) bylo vysvětlováno přeměnou mionových neutrin buď v tauonové nebo ve sterilní neutrino. Nová analýza japonských dat z tohoto scénáře sterilní neutrino vylučuje. (Fukuda et al., Physical Review Letters, 6. listopadu 2000).

Přestože se astrofyzikové již shodují, že výtrysky gama záření leží v extragalaktických vzdálenostech, dosud není jasná jejich povaha. Dva nové výsledky oznámené 3. listopadu 2000 v časopise Science podporují myšlenku, že určitým způsobem jsou za tyto výtrysky zodpovědné supernovy. Roentgenové spektrum ze záznamu výtrysků gama záření satelitem BeppoSAX (Amati et al.) a satelitem Chandra (Piro et al.) naznačuje přítomnost železa, které vzniká v supernovách. Problémem zůstává značná časová prodleva (až několik let) mezi výskytem výtrysku gama záření a výskytem erupce supernovy. Novou hypotézu vysvětlující tuto prodlevu navrhl Mario Vietri ze Třetí univerzity v Římě a Luigi Stella z Astronomické observatoře v Římě. Autoři hypotézy tvrdí, že hvězda kolabuje dvakrát. Rychle rotující velmi hmotná hvězda nejprve kolabuje v neutronovou hvězdu a vytváří kolem sebe oblak z hvězdného materiálu. Později tato neutronová hvězda kolabuje v černou díru, přičemž vznikají gama záblesky, které procházejí oblakem hvězdného materiálu z předchozího kolapsu.

Kvantová fyzika vznikla v roce 1900, když Max Planck vyslovil domněnku, že spektrum záření horkého tělesa, idealizovaného jako "absolutně černé těleso" netvoří kontinuum, ale je součtem mnoha kvantovaných příspěvků. Jinými slovy energie emitovaná atomy je sama atomizována. Kvantová podstata řady fyzikálních vlastností se pak stala důležitým tématem fyziky několika následujících desetiletí 20. století. Kvantovou revoluci oslavilo letní a podzimní vydání časopisu Beamline (časopis je publikován střediskem SLAC, Stanford Linear Accelerator Center, [X1]). Série článků je podrobným přehledem o významu kvantové fyziky při studiu vesmíru, laserů, supravodivosti a hmoty obecně. Jak kvantová mechanika ovlivnila naše životy? Podle Leona Ledermana, který je objevitelem mionového neutrina a kvarku "bottom", kvantová mechanika způsobila vzrůst národního důchodu Spojených států o 25 procent.

Literatura a odkazy:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 512. November 15, 2000 by Phillip F. Schewe and Ben Stein

Internet je překvapivě robustní. V globálním měřítku by zůstal propojen dokonce v případě, že by 99 procent náhodně zvolených přípojných bodů bylo rozpojeno. Na druhé straně je relativně velmi zranitelný, pokud by byly odpojeny jeho nejvíce propustné a propojené přípojné body. K tomuto závěru dospěli výzkumníci, kteří použili fyzikální principy a přesné matematické modely pro studium této celosvětové počítačové sítě. Internet se skládá z počítačových sítí (většinou označovaných jako "lokální sítě LAN" - local area networks), které jsou navzájem propojeny různými zařízeními, jako jsou routery a huby. Pro jednoduchost výzkumníci považovali každý přípojný bod za generický "uzel". Předchozí práce tvrdí, že podíl uzlů Internetu, která mají "k" spojení, je úměrný číslu k^-a pro jisté "a". Toto "škálově invariantní mocninné rozdělení" se vyskytuje v přírodě při studiu četnosti zemětřesení nebo rozdělení velikostí oblaků a pohoří. Na rozdíl od exponenciálního rozdělení škálově invariantní mocninné rozdělení klesá velmi pomalu v tom smyslu, že existuje velký podíl počítačů, které mají významný počet připojení. Nedávné počítačové simulace škálově invariantních sítí ukázalo, že Internet je z tohoto důvodu velmi pružný. (Albert et al., Nature, 27. července 2000, Albert-Laszlo Barabasi, Notre Dame, 219-631-5767, [M1]; viz také "The Industrial Physicist", prosinec 2000).

Poslední práce z konce roku 2000 tento závěr potvrdily matematicky. Dvě nezávislé skupiny (Reuven Cohen, Bar Ilan University, Israel, 011-972-8-9370131, [M2]; Duncan Callaway, Cornell, 607-255-9174; [M3]) využily teorii prosakování. Tuto teorii vyvinuli geofyzikové při studiu odhadů množství ropy získávané ze zdrojů z porézního prostředí. Teorie prosakování studuje systémy obsahující body ("místa") a spojení mezi nimi a analyzuje chování těchto systémů, když se odstraní některé body nebo spojení. Kombinace této teorie prosakování se škálově invariantním rozdělením může pomoci architektům Internetu zvětšit odolnost Internetu vůči napadení určitým řízením rozdělení uzlů s daným počtem spojení. (Cohen et al, Phys. Rev. Lett, 20. listopadu 2000; Callaway et al., Phys. Rev. Lett.)

Podle nedávných studií výzkumníků Dánského ústavu kosmického výzkumu v Kodani (Nigel D. Marsh, 011-45-35325740) má galaktické kosmické záření významný vliv na oblačný pokryv na Zemi. Toto záření obsahuje protony o vysoké energii, emitované hvězdami uvnitř Galaxie. Tyto protony jsou primární příčinou atmosférické ionizace, která ovlivňuje formování oblačnosti. Oblačný pokryv má dopad jak na odraz slunečního záření tak na udržování tepla v atmosféře. Korelace mezi intenzitou galaktického kosmického záření a nízkou úrovní oblačnosti naznačuje souvislost mezi změnami globálního klimatu a tokem kosmického záření (viz obr. na [X1]).

Tento objev také podporuje předpokládanou souvislost mezi variabilitou intenzity slunečního záření a změnami klimatu. Fluktuace intenzity slunečního záření byly dosud jako přímý zdroj globálního oteplování značně podceňovány. Periody intenzity sluneční aktivity ale vedou ke změnám intenzity slunečního větru (nabitých částic a záření), který ochraňuje atmosféru před dopadem protonů galaktického kosmického záření. (N. D. Marsh; H. Svensmark, Physical Review Letters, 4. prosince 2000).

Výzkumníci z Univerzity v Leedsu ve Velké Británii na druhé straně pozorovali přímou a výraznou souvislost mezi chemií zemské atmosféry a ultrafialovým zářením ze Slunce. (Dwayne E. Heard, 44-113-233-6471, [M4]). Během 97 procentního zatmění Slunce nad Ascotem v Anglii se místní koncentrace ozónu snížila o 60% ve srovnání s běžnou hladinou a po skončení zatmění se rychle vrátila k původní hodnotě. Tato studie naznačuje přímé dynamické spojení mezi slunečním zářením a fotochemií atmosférických plynů, které mimo jiné ovlivňují globální oteplení, vznik smogu a kyselé deště. (J. P. Abram; et al, Geophysical Research Letters, 1. listopadu 2000)

Literatura a odkazy:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 513. November 22, 2000 by Phillip F. Schewe and Ben Stein

Mezinárodní tým IGEC (the International Gravitational Event Collaboration) zabývající se detekcí gravitačních vln uvedl do provozu síť kryogenních resonančních detektorů gravitačních vln. Tato síť se skládá z pěti detektorů na různých místech planety. První je umístěn ve Spojených státech amerických (Baton Rouge), dva jsou umístěny v Itálii (Legnaro a Frascati), další je umístěn v CERN a poslední se nachází v Austrálii (Perth). Detekce slabých gravitačních vln je skutečné umění, protože je třeba zaznamenat deformace menší než je velikost atomového jádra pomocí detektorů o velikosti několika metrů. Resonanční detektor zachycuje podélné vibrace kovovými válci o velikosti válců v motoru automobilu, které jsou ochlazeny na nízkou teplotu. V interferometrech (jako byly použity v systému LIGO) je deformací změna vzdálenosti dvou zrcadel, které jsou připevněny k hmotným tělesům. Zachytit lze pouze dostatečně silné gravitační vlny, které pocházejí z jevů v černých dírách nebo neutronových hvězdách. Tým IGEC oznámil, že v prvním období činnosti své sítě nedetekoval žádné gravitační vlny. Pomocí tohoto faktu byla určena četnost těchto detekcí na asi jednu událost v Galaxii za rok.

Síť IGEC má dostatečnou citlivost záznamů gravitačních vln až na vzdálenost asi 100 miliónů světelných let. Přednost sítě detektorů před jednotlivými detektory spočívá zejména v možnosti porovnávat záznamy jednotlivých detektorů. Díky tomu síť může pracovat jako skutečný interferometr, podobně jako síť radiových teleskopů. Giovanni Prodi (Universita di Trento, 39-0461-881-521, [M1]) tvrdí, že síť simultánně pracujících detektorů může výrazně snížit poměr chybných záznamů, které pocházejí z jiných zdrojů. Chybovost byla snížena na 10^-6 za rok pozorování čtyřmi detektory, což je srovnatelné s chybovostí detekci neutrin. (Allen et al., Physical Review Letters, 11. prosince 2000; [X1])

Kvůli uspořádání úrovní energie atomy křemíku v krystalech neochotně emitují světlo a polovodičové lasery jsou zhotoveny obvykle z gallium-arsenidu. Křemík, který je základem prakticky všech integrovaných obvodů, může usnadnit rozvoj optoelektroniky, pokud bude hrát větší roli také v optice.

Křemík může emitovat světlo, pokud je rozřezán na malá pórovitá vlákna nanokrystalů, kdy díky velmi malé velikosti do hry vstupují kvantové jevy. V experimentu na italské Univerzitě di Trento bylo červené světlo vedeno křemíkovými částicemi velikosti 3 nm na křemenné matici, která byla ozářena světlem laseru kratších vlnových délek. Červené světlo procházející nanokrystaly bylo zesíleno, jinými slovy, křemíkové částice vykazují jisté vlastnosti podobné laseru. (L. Pavesi et al., Nature 23. listopadu 2000).

Perylen je organická molekula složená z 20 atomů uhlíku a 12 atomů vodíku, v níž jsou atomy uspořádány do pěti benzenu podobných navzájem spojených prstenců. Tato sloučenina je slibným materiálem pro organickou verzi tranzistorů řízených polem (FET, Field Effect Transistors), v nichž je zesílení elektrického proudu řízeno vnějším elektrickým polem. Tranzistor FET sestrojený z jednotlivých krystalů perylenu vykazuje při pokojové teplotě pohyblivost elektronů 5,5 cm²/V-s, což je dosud nejvyšší hodnota pro organický tranzistor FET a asi pětkrát vyšší než jiný organický tranzistor, který byl vyvinut týmem Bellových laboratoří. (Bertram Batlogg, Švýcarský federální ústav technologie ETH v Zurichu, 011-41-1-633-2248, [M2] a Bellovy laboratoře).

Klíčový faktor, který určuje rychlost elektronické součástky, - elektronová mobilita - je poměr průměrné "driftové" rychlosti elektronu uvnitř polovodiče k velikosti vnějšího elektrického pole, které vytváří tok proudu. Výzkumníci dále zjistili, že perylen se chová jako "ambipolární" zařízení, tedy může se chovat jako tranzistor s děrovou nebo elektronovou vodivostí. Při teplotě o něco nižší než pokojové byla pohyblivost děr 0,4 cm²/V-s. Tím je vyvráceno dogma, podle něhož v organických polovodičích musí být vnějším polem indukovaná pohyblivost elektronů nižší než pohyblivost děr.

Aby organické tranzistory nalezly lepší praktické uplatnění, výzkumníci chtějí pro jejich výrobu použít tenké filmy místo jednotlivých krystalů. (Schoen et al., Applied Physics Letters, 4. prosince 2000).

Literatura a odkazy:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 514. November 29, 2000 by Phillip F. Schewe and Ben Stein

Dosud nejlepší snímky povrchu Marsu, které pořídila sonda Mars Global Surveyor, obsahují silné a někdy stejnorodé vrstvy uvnitř kráterů nebo jiných níže položených oblastí. Tyto vrstvy na Zemi obvykle souvisí se sedimentací pocházející ze stojící a tekoucí vody. V současnosti je Mars studeným a suchým místem, ale některé nové snímky naznačují, že Mars v minulosti mohl být teplejší a vlhčí a že měl silnější atmosféru. Pokud Mars skutečně měl v geologické minulosti jezera a mělké oceány, pak byly rozmístěny téměř po celém povrchu. Vrstvy sedimentů na Zemi zaznamenávají geologickou aktivitu a fosilizované životní formy. Právě proto biologové o vrstvy hornin na Marsu projevili zájem. (NASA, tisková zpráva, 4. prosince 2000, snímek na [X1], viz také Science 8. prosince 2000).
 

Krví elektroniky je pohyb nabitých objektů, obvykle elektronů nebo děr (míst, kde původně byly elektrony). Kromě hmotnosti a náboje elektrony mají také magnetický moment - spin, proto se chovají jako malé magnety. Použití těchto spinů, nezávisle na náboji, může být významné pro zpracování informace, nikoliv pouze v kvantových počítačích. Různá "spintronická" zařízení (jako je spinový transistor) již byla v minulosti úspěšně realizována. Může však existovat tok spinů, aniž by s ním souvisel tok nábojů? Dva fyzikové z Univerzity v Torontu (Ravi Bhat, 416-978-4364, [M1]) nyní navhli experiment toku spinů spojením elektronů v polovodiči se světlem z dvojice paprsků laseru. Světlo nejenže polarizuje elektrony (orientuje jejich spiny v prostoru), ale navíc pohybuje elektrony bez vnějšího napětí manipulací se interferenčním vzorkem vyvolaným dvěma paprsky laseru. (Bhat and Sipe, Physical Review Letters, 18. prosince 2000.)
 

Akustický nos, zařízení, které používá zvukové vlny pro určení přesného chemického složení páry, byl předveden na zasedání Americké akustické společnosti (the Acoustical Society of America) v Newport Beach v Kalifornii v prosinci 2000. Zařízení "zNose" umožňuje rychle detekovat určité chemické sloučeniny o koncentraci asi 1:10¹². Výzkumníci posílají proud plynného hélia a páru, jejíž analýzu chtějí provést, ohřátým speciálně zbarveným válcem o délce asi 1 metru. Atomy a molekuly v páře se pohybují různými rychlostmi v závislosti na své hmotnosti. Během několika sekund jsou atomy a molekuly jednoho druhu odděleny od ostatních druhů. Tato metoda separace páry na různé její složky není nic jiného, než rychlá metoda plynové chromatografie, která existuje od 40. let 20. století. Akustický detektor identifikuje každý druh atomů a molekul a měří jejich koncentraci. Každý druh atomů nebo molekul dopadá na krystal křemíku, který obvykle kmitá na kmitočtu asi 500 MHz. Doba dopadu každého druhu závisí na jeho hmotnosti, která tak prozrazuje jeho identitu. Protože se všechny atomy nebo molekuly určitého druhu pohybují téměř stejnou rychlostí, posuv frekvence krystalu je úměrný celkové hmotnosti těchto atomů nebo molekul. Takto lze zjistit koncentraci daného druhu. Konstantní tok héliového plynu a tepla do krystalu zajišťuje rychlé odstranění daného druhu atomů nebo molekul pro další druh. Výzkumníci jsou takto schopni provést analýzu plynu během asi 10 sekund. Autoři akustického nosu (Edward Staples, Electronic Sensor Technology, 805-480-1994, [M2]) citovali příklady, v nichž lze toto zařízení použít: detekce chuť narušujících desinfekčních produktů ve víně, sledování koncentrace bakterií Escherichia coli ve vodě atd. (ASA Meeting Paper [X2]).

Literatura a odkazy:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 515. December 7, 2000 by Phillip F. Schewe and Ben Stein