Výzkumníci amerického Národního institutu vědy a technologie (NIST, National Institute of Science and Technology)[X1] jsou schopni podle potřeby pracovat s jednotlivými atomy chrómu, což je poprvé, kdy fyzikové jsou schopni manipulovat s jednotlivými elektricky neutrálními atomy.

Na mikroskopické úrovni je přeprava jednotlivých elektronů v obvodu, fotonů z laseru nebo atomů z pasti obtížnější, než se můžeme domnívat. Přesné ovládání pohybu těchto jednotlivých částic je obtížnější, než ovládání pohybu částic ve skupině.

Jabez McClelland a jeho kolegové posílali paprsek atomů chrómu do magnetooptické pasti. Atomy z atomového laseru se nacházejí v různých excitovaných stavech a prozrazují svoji přítomnost a počet emisí fotonů. Pokud se směrem do pasti pohybuje jednotlivý atom, jeho emisi fotonů lze využít pro ovládání brány do magnetooptické pasti. Tímto způsobem lze zachytávat jednotlivé atomy v počtu jen několika atomů za sekundu.

Řízené vybírání atomů pomocí gravitace nebo pomocí "optických pinzet" může být posledním krokem k dosažení mistrovského umění práce s jednotlivými atomy. Deterministický zdroj jednotlivých atomů se může stát důležitou součástí různých integrovaných atomo-optických (atomtronických) zařízení.

Proč výzkumníci použili atomy chrómu? Atomy chrómu mají magnetický moment šestkrát větší než atomy prvků alkalických zemin a proto jejich zachytávání v pasti je jednodušší. Fyzikové z NIST ([M1]) svůj objev publikovali na zasedání Americké fyzikální společnosti (oddělení atomové, molekulární a optické fyziky), které proběhlo 28. května až 1. června 2002.

Pevné disky s plošnou hustotou informace jednoho terabitu na palec čtverečný (1 palec = 25,4 mm), které jsou jedním z cílů současného výzkumu magnetických záznamů, pravděpodobně nebudou vyrobeny technologií silné magnetoresistence (GMR, giant magnetoresistance) ani technologií tunelové magnetoresistence (TMR, tunneling magnetoresistance).

Většina aplikované fyziky se zabývá přeměnou a převodem jedné fyzikální entity na jinou. V případě GMR jde o rozpoznávání orientace malých magnetických domén čtecími hlavičkami, které jsou tvořeny vrstvami střídajících se tenkých vrstev magnetických a nemagnetických atomů. Magnetismus domén se převádí na změnu elektrického odporu.

Průmysl technologie GMR je velice úspěšný se ziskem několika miliard dolarů ročně. V komerčních aplikacích se dnes dosahuje hustot asi 15 gigabitů na palec čtverečný. Avšak podle Stuarta Solina z Výzkumného ústavu společnosti NEC (Nippon Electric Corporation) kvůli magnetickému šumu fyzikálně nelze dosáhnout hustoty vyšší než 150 gigabitů na palec čtverečný.

Stuart Solin proto navrhuje použít jev magnetoresistence ve čtecích hlavách z nemagnetických směsí polovodiče a kovu, které jsou vůči magnetickému šumu odolnější, umožňují rychlejší odezvu než technologie GMR. Jejich výroba bude obsahovat jen asi 20 výrobních kroků (na rozdíl od 200 až 300 výrobních kroků GMR nebo TMR, kde se mohou magnetické spiny "tunelovat" z jedné své orientace do druhé). Solin je přesvědčen, že technologie GMR a TMR budou pokračovat ve zvyšování výkonu čtecích hlav, dokud vývoj počítačových technologií nebude požadovat vyšší hustoty záznamu.

Stuart Solin [M2] a jeho kolegové publikovali informace o vývoji prvního mesoskopického zařízení, které využívá tzv. "neobyčejnou" magnetoresistenci (EMR, extraordinary MR). Vědci použili nemagnetických vzorek křemíku dopovaný strukturou InSb. Plošná hustota tohoto sensoru přesahuje 100 gigabitů na palec čtverečný a odstup signálu od šumu odpovídá praktickým požadavkům současných čtecích hlav. (Solin et al., Applied Physics Letters, 27. května 2002.)

Vyspělé technologie integrovaných obvodů mají řadu výhod před elektronikou, která používala vakuové elektronky. Avšak některé vlastnosti vakuových elektronek, jako je možnost pracovat s vysokým napětím, by byly na integrovaných čipech velmi zajímavé a žádoucí. Díky uhlíkovým nanotrubičkám, které mohou fungovat jako miniaturní emitory elektronů, není tato možnost vyloučena. Dalším krokem tímto směrem se stal vývoj soustavy vakuových triod na jediném čipu.

Výzkumníci společnosti Agere System (společnost, která se oddělila od společnosti Lucent Technologies) vyvinuli čip pomocí mikroelektromechanické technologie. Boční pole uhlíkových nanotrubiček vytváří katodu, jíž pak lze otočit do svislé polohy pro umístění mřížky (ve vzdálenosti 10 mikronů) a anody (ve vzdálenosti 100 mikronů). Hlavní aplikace těchto triod lze očekávat v radarových a elektronických systémech a v satelitní komunikaci. (Bower et al., Applied Physics Letters, 20. května 2002; kontakt: W. Zhu, [M3])

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 589. May 16, 2002 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.

V současné době nejpřesnější test speciální teorie relativity s přesností třikrát vyšší než předchozí testy provedli výzkumníci německých univerzit v Konstanzi a v Düsseldorfu (Holger Müller, [M1]).

Výzkumníci své výsledky publikovali na zasedání CLEO/QELS v Long Beach v Kalifornii koncem května 2002. Použili upravenou verzi slavného Michelsonova-Morleyova experimentu z roku 1879, který poprvé prokázal, že rychlost světla nezávisí na směru jeho pohybu.

Výzkumníci prokázali, že rychlost světla nezávisí na směru šíření s přesností 1,7:1015, což je přesnost asi třikrát vyšší než v dosud nejpřesnějších experimentech.

Současné testy speciální teorie relativity jsou motivovány vývojem moderní fyziky, jako jsou jisté verze teorie superstrun, podle nichž speciální teorie relativity nemusí platit přesně.

Ve svém experimentu výzkumníci použili zařízení označované jako optické dutiny. Každá dutina se skládá ze dvou zrcadel, umístěných v určité pevné vzdálenosti. Doba, za níž paprsek světla kolmo urazí vzdálenost mezi zrcadly tam a zpět, je přímou mírou rychlosti světla. Optické dutiny jsou orientovány v různých směrech. Postupným otáčením dutin lze měřit změny rychlosti světla v různých směrech. Chyby měření jsou způsobeny změnami délky dutiny v důsledku tepelných jevů a stárnutí materiálu.

Proto výzkumníci použili optické dutiny z čistého krystalu safíru, který je značně odolný vůči stárnutí, a ochladili je na teplotu kapalného hélia. Tímto způsobem významně ovlivnili změny délky dutiny způsobené tepelnými jevy.

Použitím pokročilých laserových technologií pro měření doby, za níž světlo proletí tam a zpět dráhu v dutině, výzkumníci získali novou mez pro možné porušení isotropie šíření světla. Experimenty dosud probíhají a výzkumníci doufají, že dosáhnou ještě vyšší přesnosti a vyšší statistické věrohodnosti.

Studium isotropie šíření světla je však pouze jedním ze tří typů testů, které jsou nezbytné pro plné ověření platnosti speciální teorie relativity. Dalším typem testu je Keneddyho-Thorndikeův experiment, který dokazuje, že rychlost světla je konstantní bez ohledu na rychlost měřící laboratoře. Dále jsou plánovány experimenty jako OPTIS, SUMO a Space-Time. Poslední experiment je součástí celé nové generace relativistických testů.

Transistory z uhlíkových nanotrubiček využívají skutečnost, že nanotrubičky o velikosti několika nanometrů jsou molekulární vlákna, která mohou být ve vodivém, polovodivém nebo nevodivém stavu. Proto jsou nanotrubičky vhodnou komponentou pro budoucí nanopočítače.

Skupina Phaedona Avourise z IBM jako první vytvořila pole nanotrubičkových transistorů (Science, 27. dubna 2001). Později skupina Ceese Dekkera v Delft použila nanotrubičkové transistory pro konstrukci logických obvodů (Science, 9. listopadu 2001).

Poslední novinka pochází z laboratoře IBM. Výzkumníci změnili architekturu nanotrubičkového transistoru tak, aby fungoval jako vodivý kanál mezi zdrojem a zemí. Navíc lze sousední transistory jednotlivě adresovat.

Zkrácení délky kanálu a zmenšení tloušťky vrstvy dielektrika mezi elektrodou hradla a elektrodou kanálu se podařilo upravit proud procházející transistorem. Nový nanotrubičkový transistor má dvakrát větší "přechodovou vodivost" než standardní MOSFET transistory (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor), které se používají v řadě rychlých elektronických zařízení (Wind et al., Applied Physics Letters, 20. května 2002.)

Uhlíkové nanotrubičky jsou stále populárnější díky jejich možným elektrickým, tepelným a dokonce chemickým aplikacím. Pokud se při jejich vzniku použije dusík, vniknou uhlíko-dusíkové nanotrubičky. Směs těchto nanotrubiček s párami bóru B a plynným dusíkem N₂ při teplotě 2000 K vede ke vzniku vícevrstevných BN nanočástic.

Vědci z japonského Národního institutu pro fyziku materiálů v Tsukubě (Dmitri Goldberg, [M2]) a z Univerzity v Sussexu tvrdí, že jejich BN nanokuličky o velikosti jen 30 až 100 nm jsou více než pouhý ekvivalent uhlíkových nanokuliček. BN nanočástice jsou vynikajícími izolátory a podobně jako uhlíkové nanokuličky jsou dobrými mazadly, avšak při vyšších teplotách jsou chemicky stabilnější.

Navíc vnitřní vnořené vrstvy BN nanočástic se mohou smrštit a tím snášet ohromné tlaky až několika GPa. Výsledkem působení vnějších tlaků je přeměna z grafitu podobných na diamantu podobné BN nanočástice. Uprostřed takto stlačených nanočástic vznikají na bór bohaté vrstvy a molekuly dusíku N₂ vytvářejí nanokrystaly uvnitř nanočástic, které mohou existovat při pokojové teplotě. (Golberg et al., Journal of Chemical Physics, 15. května 2002).

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 590. May 21, 2002 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.

Dosud nejostřejší snímky kosmického mikrovlnného pozadí s rozlišením lepším než 6 úhlových minut umožňuje rozeznat shluky látky o hmotnosti 5.10¹⁴ až 8.10¹⁵ hmotností Slunce, což je charakteristická hmotnost galaktických kup. Nová mapa kosmického mikrovlnného pozadí tedy poprvé umožňuje studovat zárodečné shluky hmoty, z nichž později vznikaly největší svítící kosmické objekty, které dnes ve vesmíru pozorujeme.

Podobně jako sluneční svítící disk představuje "povrch posledního rozptylu" fotonů, které opouštějí sluneční jádro, kosmické mikrovlnné pozadí představuje povrch posledního rozptylu fotonů, které pocházejí z horké plasmy v době její kondenzace do prvních neutrálních atomů asi 300 tisíc let po velkém třesku.

Zařízení CBI (the Cosmic Background Imager) pro nová měření kosmického mikrovlnného pozadí je umístěno ve výšce 16700 stop nad hladinou moře (1 stopa = 0,3048 m) na suché náhorní plošině v Chile. Zařízení CBI se skládá ze 13 antén, které jsou navzájem propojeny a sledují zvolené oblasti oblohy. Zatím se podařilo prozkoumat asi 40 stupňů čtverečných oblohy.

Stejně jako předchozí studium kosmického mikrovlnného pozadí také výsledky zařízení CBI lze zpracovat ve formě grafu rozdílů teploty v závislosti na úhlové velikosti zkoumaného vzorku. Toto "spektrum energie" obsahuje lokální maxima a náznaky dalších maxim. Různé kosmologické parametry, jako je hustota hmoty (poměr pozorované hustoty a kritické hustoty uzavřeného vesmíru, jehož současná změřená hodnota je 0,99), jsou konzistentní s inflačním standardním modelem vývoje vesmíru. (tisková zpráva dostupná na webovské stránce Cosmic Background Imager [X1] ).

Torrance Johnson z americké Laboratoře raketových pohonů JPL (Jet Propulsion Laboratory), vědecký pracovník projektu kosmické sondy Galileo, se rád zabývá historií astronomického výzkumu. Na počátku 400 let dlouhé historie studia měsíce Io samozřejmě stojí Galileo Galiei, který jako první pozoroval čtyři největší měsíce planety Jupiter a učinil první objev nových kosmických těles od starověku. Dalším pozorováním pohybu měsíců planety Jupiter se zabýval Ole Roemer, který jako první odhadl rychlost světla, a Pierre Simon Laplace, který studoval stabilitu sluneční soustavy.

Torrance Johnson se zúčastnil panelové diskuse na zasedání Americké geofyzikální společnosti ve Washingtonu, DC koncem května 2002 a hovořil o posledních výsledcích pozorování měsíce Io kosmickou sondou Galileo (kosmická sonda Galileo ukončí svoji existenci pádem do atmosféry planety Jupiter v září 2003).

Podle zprávy Rosaly Lopes z JPL při tomto posledním průchodu (šestý průchod v blízkosti měsíce Io) sonda Galieo pořídila snímky třinácti nových sopek a objevila četné vulkanické oblasti poblíž pólů měsíce Io.

Elizabeth Turtle z Arizony na zasedání oznámila pozorování dosud největšího sloupu dýmu ze sopky (500 kilometrů vysoký sloup dýmu způsobuje neprůhlednost atmosféry a částečně dopadá zpět ve formě sněhu). Na snímcích s vysokým rozlišením jsou viditelné zborcené srázy, které naznačují, že tektonická činnost na Io není horizontální jako na Zemi, ale vertikální.

Na měsíci Io nejsou žádné kontinenty. Výtoky lávy postupně vytvářejí pevnou kůru, na níž se nasouvají další vrstvy. Poté se takto navršené vrstvy znovu bortí zpět do lávového pole. (více informací viz webovské stránky JPL) [X2].

Jednofotonová dioda LED je světlo emitující dioda, která je schopna vysílat jednotlivé fotony. Překvapivě výroba této LED diody je technicky poměrně nenáročná za příznivou cenu. Tato LED dioda se proto zřejmě stane součástkou zařízení pro kvantovou kryptografii a pro další aplikace.

Na společném zasedání CLEO/QELS v Long Beach výzkumníci společnosti Toshiba Research Europe Limited představili kvantovou tečku o velikosti několika nanometrů z arsenidu india, která byla nanesena na galiumarsenidovou strukturu LED diody.

Kvantová tečka je tak malá, že může zachytit jen několik elektronů nebo děr z pulsu elektrického proudu. Rekombinací jednoho elektronu a jedné díry vzniká v kvantové tečce jeden foton.

Výzkumníci jsou přesvědčeni, že jejich součástka je prvním elektricky řízeným zdrojem jednotlivých fotonů. Takové zdroje mají zásadní význam pro absolutně bezpečnou formu kvantové kryptografie. Pokud nějakou součástku opouští paprsek mnoha fotonů současně, lze část paprsku odklonit a odposlouchávat. Nová součástka takový odposlech vylučuje. Zachycením jednotlivého fotonu se mění jeho kvantový stav. (Andrew Shields, [M1]; viz také Yuan et al., Science, 4. ledna 2002.)

Technologie mikroelektromechanických systémů umožňuje vývoj jen několik kilogramů těžkých kosmických mikroraketoplánů. Závažným problémem dosud byly miniaturní pohonné jednotky, které by zajišťovaly orientaci raketoplánu a upravovaly jeho oběžnou dráhu.

Výzkumník z Glennova výzkumného střediska NASA John Foster zkonstruoval miniaturní raketu, která svůj tah vytváří urychlením iontů xenonu z plasmy produkované v milimetry velkých dutinách. Zařízení má milimetrovou velikost a nevyžaduje žádné zvláštní permanentní magnety nebo elektromagnety.

Miniaturní motor má vysokou účinnost,neboť celkem 88% paliva se přemění na ionty. Nový kompaktní urychlovač produkuje paprsek iontů o energii 50 až 200 eV. Proto zatím neumožňuje manévrování mikrosatelitů na oběžné dráze, ale již lze toto zařízení použít například v povrchové chemii a při výrobě tenkých filmů. (John Foster, Review of Scientific Instruments, květen 2002, [M2])

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 591. May 29, 2002 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.

Podle standardního modelu elementárních částic se veškerá jaderná hmota, jejíž částice jsou ovlivňovány silnou jadernou interakcí, skládá ze šesti známých typů kvarků, tzv. "vůní". Částice složené ze tří kvarků se nazývají baryony, částice složené ze dvou kvarků se nazývají mesony. [N1] Na srážkovém urychlovači těžkých iontů RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) v Brookhavenu výzkumníci objevili další kombinace kvarků. Proton (složený ze dvou kvarků "u" = up a jednoho kvarku "d" = down) a neutron (dva kvarky "d" a jeden kvark "u") jsou příklady nejběžnějších baryonů. Každý kvark má elektrický náboj roven jedné z hodnot +1/3, -1/3, +2/3 nebo -2/3. V souladu s pravidlem o celočíselném elektrickém náboji proto mohou existovat další kombinace tří kvarků.

Řada z nich dosud nebyla v experimentech pozorována, zejména kombinace složené z těžších a méně stabilních kvarků ("s" = strange, "c" = charm, "b" = bottom, a "t" = top). Podobně jako chemikové 19. století, kteří doplňovali periodickou tabulku chemických prvků a hledali všechny chybějící prvky s cílem pochopit principy a vztahy mezi řádky a sloupci v tabulce, také fyzikové vysokých energií se dnes snaží objevit všechny možné kombinace kvarků, aby lépe pochopili "chemii kvarků".

Jaké jsou nové zprávy na "baryonové frontě"? V experimentu SELEX na zařízení Fermilab fyzikové zřejmě objevili první baryon obsahující dva kvarky "c". V experimentu paprsky hyperonů sigma, pionů nebo protonů o energii asi 600 GeV byla ostřelována tenká kovová fólie. Při srážkách občas vznikaly kvarky "c". Hmotnosti dvoukvarkových "isotopů" (jeden "isotop" složený ze dvou kvarků "c" a jednoho kvarku "d", druhý složený ze dvou kvarků "c" a jednoho kvarku "u") je překvapivě odlišnější, než se doposud předpokládalo. (Webovská stránka SELEX: [X1])

Jupiterův měsíc Europa zřejmě obsahuje pod silnou vrstvou ledu kapalný oceán, v němž by mohly existovat určité formy života. O této možnosti psal ve svých Vesmírných odyseách již slavný spisovatel science-fiction Arthur C. Clarke. Nová měření naznačují, že tloušťka ledu je nejméně 19 kilometrů, což komplikuje budoucí výzkum dna tohoto oceánu, kde se očekává kapalná voda. Tento nový odhad vychází z tvaru impaktních kráterů na povrchu měsíce Europa, který se do jisté míry podobá ledovému příkrovu v Arktidě. (Schenk, Nature, 23. května 2002).

Nová měření neutronů a gamma záření sondou Mars Odyssey prokázala existenci značného množství ledu v polárních čepičkách planety Mars. Tento ledovcový led představuje dostatečně velkou zásobárnu vody (odpovídající množství vody v jezeře Michigan), v níž by mohly existovat primitivní formy života. Navíc tato zásobárna může být užitečná pro lidské výzkumníky, kteří někdy v budoucnu Mars navštíví. (Science, 31. května 2002)

Na Zemi probíhá výzkum jižných polárních oblastí. Vědci studují jezero Vostok, jehož velikost je srovnatelná s velikostí jezera Ontario a nachází se pod vrstvou 4 kilometrů ledu. Na zasedání Americké geofyzikální unie ve Washingtonu DC, které proběhlo koncem května 2002, se hovořilo také o jezeře Vostok. Vostok je největší jezero tohoto typu. Existuje však řada dalších menších jezer velikosti jezera Tahoe a menší. Ruský výzkum jezera Vostok byl zastaven krátce poté, co se výzkumníkům podařilo provrtat až na zmrzlou hladinu samotného jezera pod ledovcem. Jean Robert Petit (laboratoř CNRS, Francie) oznámil zvýšenou úroveň přítomnosti hélia He-4 v navršeném ledu jezera, avšak nikoliv v ledovci nad ním. Tento fakt naznačuje určité tepelné proudění na hladinou jezera. Sergej Bulat (Ústav jaderné fyziky v Petersburgu, Rusko) a John Priscu (Státní univerzita v Montaně, Spojené státy) oznámili, že nalezené druhy baktérií a virů ve vzorku z jezera Vostok se značně podobají teplomilným druhům, které byly objeveny například v Yellowstoneském národním parku. Tento fakt naznačuje, že v jezeře Vostok probíhá hydrotermální proudění.

Výzkumníci z britské Univerzity v Bath poháněli v dutém vláknu mikroskopická zrnka polystyrénu laserovým paprskem. V předchozích experimentech se již podařilo pohánět částice kapilárními trubičkami, ale pohyb byl omezen rychlým rozptylem paprsku ve stěnách kapiláry. Výzkumníci v Bath proto použili dutá fotonická krystalická vlákna, která účinně omezují paprsek světla do středu vláken a zabraňují jejich rozptylu. Kuličky polystyrénu o průměru 5 mikronů se podařilo posouvat rychlostí 1,1 cm/s paprskem argonového laseru s výkonem 80 mW. Výzkumníci očekávají, že tato metoda může sloužit k transportu jemných biologických vzorků nebo k přemisťování materiálů v polovodičové litografii. Fetah Benabid [M1] představil výsledky své práce na společné konferenci o laserech a elektrooptice a kvantové elektronice a konferenci o laserové vědě, která proběhla 19. až 23. května 2002 v Long Beach, CA [X2]

Hydrogely jsou vodou bobtnající polymery, které rychle mění svoji strukturu, pokud jsou vystaveny správnému podnětu. Proto mohou sloužit v biomedicíně v nových aplikacích, jako je dodávání léků v organismu nebo obnova poškozeních tkání. První takový materiál je řadu let používán v měkkých kontaktních čočkách. Tento trojrozměrný síti podobný hydrogel se ve vodě rozpíná.

Během následujících let výzkumníci vyvinuli celou řadu složitých hydrogelů, které mění své molekulární uspořádání vlivem určitého vnějšího podnětu, jako je světlo, změna pH nebo mechanický tlak. Tyto hydrogely jsou získávány z přírodních zdrojů a nemají proto stálou kvalitu. Navíc na příslušné podněty reagují pomalu a stejně pomalu se vracejí do původního stavu, když je podnět odstraněn.

Mezinárodní tým výzkumníků (Darrin Pochan, Univ. of Delaware, [M2] a Timothy Deming, UC Santa Barbara, [M3]) použil stavební bloky proteinů místo celých proteinů a vyvinul lehký hydrogel, který rychle dosahuje původního stavu po odstranění mechanického tlaku. Nový hydrogel je složen ze dvou stavebních bloků z aminokyselin, z nichž jeden je hydrofilní (přitahující vodu) a druhý naopak hydrofobní (odpuzující vodu). Když je umístěn do roztoku, polymer zaujme hvězdicovitý tvar, kde jeho hydrofobní komponenty jsou uvnitř a hydrofilní komponenty vně hvězdice. S využitím znalostí biochemie a fyziky polymerů výzkumníci vytvořili hydrofobní komponentu, jejíž molekuly tvoří zvláštní spirály. Ve vodním roztoku je proto hydrogel rozředěný a porézní.

Kromě rychlejší odezvy rozředěná a porézní povaha tohoto hydrogelu otevírá zcela nové biotechnologické možnosti. Například by tento hydrogel mohl sloužit jako pružná organická schránka pro transport rostoucích molekul do postižené tkáně v organismu nebo jako kapsle pro transport velkých molekul proteinů. Taková schránka by se mohla otevřít a rozpustit na neškodné aminokyseliny vhodným vnějším podnětem. (Nowak et al., Nature, 23. května 2002.)

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 592. June 4, 2002 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.

[N1] Vnitřní struktura kvarků. Podle článku Johna G. Cramera. Natura, 8/2000.

Fyzikové si většinou představují atomové jádro jako kapku zhruba kulovitého tvaru. Avšak atomy mohou vytvářet malé pyramidy (jako molekula amoniaku NH₄), tak proč by takový tvar nemohlo mít atomové jádro? Všechno závisí na jaderných silách, které působí uvnitř atomového jádra. Fyzikové z Univerzity Louise Pasteura ve Strasbourgu ve Francii a z Univerzity Marie Curie v Lublinu v Polsku se pokusili si představit, jak by stabilní jádro mohlo vytvářet pyramidy nebo dokonce krychle a osmistěny. Chemie takové geometrické uspořádání umožňuje díky tomu, že interakce (t.j. van der Waalsovy síly a kovalentní vazby) mohou působit na větší vzdálenosti. V atomovém jádru silná jaderná interakce působí pouze na vzdálenosti, které příliš nepřesahují velikost nukleonů. Excitovaná jádra tvaru pyramidy by měla v prostoru různě rotovat a vyzařovat fotony gamma záření o vysoké energii. Američtí a evropští výzkumníci proto plánují detekovat toto charakteristické spektrum detektorem s vysokou citlivostí. Jerzy Dudek [M1] a jeho kolegové vypracovali "magická čísla" pro prvky a jejich isotopy, jejichž jádra by mohla být tvar čtyřstěnu (atomová jádra, jejichž počet elektronů a počet neutronů je 20, 32, 40, 55/58 a 70). Například barium Ba-126 s 56 protony a 70 neutrony a barium Ba-146 má 56 protonů a 90 neutronů jsou slibnými kandidáty, zatímco Ba-114 a Ba-168 nikoliv. (Dudek et al., Physical Review Letters, 24. června 2002)

Výzkumný tým Státní univerzity v Arizoně (Zonghua Liu, [M2]) zkoumá vznik ozónu v zastavěných oblastech. Výzkumníci simulovali chemické reakce mezi desítkami tisíc hydrokarbonů a oxidů dusíku ve dvojrozměrném proudění vzduchu. Vznik ozónu vyžaduje asi desítku různých chemických látek a řetězec chemických reakcí, částečně ovlivněný slunečním zářením.

Výzkumníci studovali jednoduchou reakci mezi dvěma chemickými látkami a zkoumali, jak velikost a hmotnost reagujících látek ovlivňuje rychlost chemické reakce při složitém dvojrozměrném proudění. Simulovali možná reálná proudění vzduchu v troposféře, která dosahuje zhruba výšky 15 kilometrů nad povrchem Země.

Jedna ze simulací například zkoumala "Lagrangeův chaos", při němž vzduch proudí pravidelně (jeho pohyb lze zcela předpovědět), ale jeho jednotlivé částice se pohybují chaoticky.

S cílem simulovat pravidelné opakování dne a noci výzkumníci zahrnuli do modelu periodický cyklus, který ovlivňoval chemickou reakci. Avšak největším překvapením bylo až dvojnásobné zvýšení rychlosti reakce poté, co výzkumníci do modelu zahrnuli určité množství náhodných fluktuací prostředí, jako jsou variace rychlosti větru, jehož intenzita proudění závisí na teplotě. Po zahrnutí náhodných fluktuací začal být pohyb částic v prostoru a v čase překvapivě pravidelnější. Tím se vytvořily vhodnější podmínky pro průběh studované chemické reakce.

Tento výsledek naznačuje, že náhodné fluktuace prostředí mohou sehrávat důležitou roli i v jiných procesech, které vedou ke znečištění ovzduší. Pokud tomu tak skutečně je, půjde o další přirozený příklad stochastické resonance, při níž se přidáním správného množství náhodných fluktuací na pozadí jinak slabé procesy zesilují. Dalším cílem výzkumníků je studovat chemické reakce v realističtějším proudění vzduchu. (Zonghua Liu; Ying- Cheng Lai; a Juan M. Lopez, Chaos, červen 2002)

Kapalná mazadla účinkují dobře pouze do té doby, dokud je jejich množství dostatečné. Jakmile se vrstva mazadla zmenší jen na několik atomů, tření mazadla prudce až stokrát vzroste. Nová studie ukazuje, že materiály, které se rozpínají podobně jako zmrzlá voda, udržují své mazací vlastnosti až do tloušťky jediné vrstvy atomů. Jinými slovy, kapaliny, které se ochlazováním rozpínají, si zachovávají svoji nízkou viskozitu i při tlaku. Eduardo Jagla z Centro Atomico Bariloche v Argentině [M3], autor této nové studie, tvrdí, že jeho výzkum má význam pro konstrukci kapalinou vyplněných kanálů v mikroelektromechanických systémech. (Physical Review Letters, 17. června 2002)

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 593. June 10, 2002 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.