Mapa vesmíru, která vzniká v rámci projektu the Sloan Digital Sky Survey, obsahuje asi 200 tisíc galaxií ve vzdálenostech až dvou miliard světelných let a zaujímá 2400 čtverečných stupňů oblohy. Podle astronoma Michaela Blantona z tohoto projektu jde o "dosud nejlepší trojrozměrnou mapu vesmíru". Projekt používá dalekohled v New Mexico, který je přizpůsoben k záznamu spektra z mnoha galaxií najednou. Jedním z překvapivých útvarů na této mapě je "velká zeď" galaxií (the Sloan Great Wall) ve vzdálenosti asi 1,37 miliardy světelných let, která je vůbec největší pozorovanou strukturou ve vesmíru. [X1] Kombinací dat s jinými dalekohledy, jako je dalekohled pro studium mikrovlnné anisotropie WMAP (the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) nová pozorování mohou snížit neurčitosti několika důležitých astronomických veličin. Nová hodnota pro Hubbleovu konstantu je 0,70 s neurčitostí 0,04. Podíl energie vesmíru obsažené v hmotě je 30% s neurčitostí 4%. Horní mez pro hmotnost neutrina je 0,6 eV. Stáří vesmíru je 14,1 miliard let s neurčitostí 1 milarda let. [X2], [X3]

Elektrický mikrogenerátor může poskytovat elektrickou energii pro přenosná mikroskopická zařízení. V modernách elektrárnách se kapalina pod vysokým tlakem (voda, pára, plyn) protlačuje přes lopatky turbíny, která pohání elektrický generátor. Výzkumníci z laboratoře v MIT vytvořili takové zařízení o velikosti několika centimetrů. Na zasedání Společnosti pro vědu a technologii v Baltimore v listopadu 2003 Carol Livermore popsala mikromotor s rotorem o průměru 4 milimetry, který podává výkon 20 miliWattů, což je více než všechny dosud vyrobené mikromotory. Tento motor by mohl být připojen k mikroskopickému turbínovému generátoru. Vzduch a plyn se mohou směšovat v malé spalovací komoře a výbušná síla může pohánět turbínu. Výzkumníci MIT dofuají, že se jim brzy podaří dosáhnout napětí 300 voltů a výkonu 1 Wattu mechanické síly nebo 0,5 Wattu elektrické energie. Zařízení by mohlo být velké jako současné nejlepší mikrobaterie a přitom by mělo jednu velkou přednost: bylo by schopno dodávat elektrickou energii po velmi dlouhou dobu. (článek MM-TuA3, Carol Livermore, [M1])

V roce 1997 výzkumníci Cornellovy univerzity vyrobily kytaru nanoskopických rozměrů. Nyní se jim podařilo na této kytaře zahrát tón o kmitočtu 40 MHz, tedy o 17 oktáv výše (130 tisíc krát výše) než normální kytara.

Výzkumníci Cornellovy univerzity použili laserový paprsek pro nastavení jemných křemíkových "strun" (tenkých vláken křemíku) na 10 mikronů dlouhé kytaře. Kytara nemá žádný mikrofon pro snímání zvuku, avšak odražený laserový paprsek se zpracovává počítačem, který potvrzuje, že bylo dosaženo příslušného kmitočtu. Laserový paprsek může rozeznít více strun a může tak vytvořit "akordy" v megahertzovém pásmu. Funkci nanokytary popsala Lidija Sekaric na zasedání v Baltimore v listopadu 2003. [M2]

Zatímco nanokytara vytváří nejvyšší tóny ve vesmíru, některé nejnižší tóny lze zachytit v blízkosti černé díry v kupě galaxií v souhvězdí Persea. Roentgenový dalekohled Chandra nedávno zaznamenal soustředné kulové plochy v mezigalaktickém plynu, který obklopuje jádro galaktické kupy. Tyto hustotní vlny, které lze lze považovat za zvukové vlny s frekvenci o 57 oktáv nižší, než je schopno zachytit lidské ucho, vznikají výtrysky z černé díry, která urychluje okolní hmotu. [X4]

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 659. October 28, 2003 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.

Význam mikroelektromechanických systémů (MEMS) vzrůstá s tím, jak výzkumníci vyvíjejí miniaturizovaná mechanická zařízení pro komunikaci, biotechnologii a řadu měřících aplikací. Často tato zařízení obsahují pohyblivé části, které musí být před provozem umístěny na příslušné místo, což představuje značné nároky na manuální manipulace s komponentami v malých měřítcích. Výzkumníci z ATR Výzkumné laboratoře adaptivních komunikací  (Adaptive Communications Researcb Laboratories) v Japonsku vypracovali metodu, kterou nazývají mikro-origami pro výrobu mikroelektromechanických zařízení, které se automaticky přesunou do požadované polohy. Připomeňme, že origami je japonské umění tvorby často neuvěřitelných skládanek z listu papíru. Skupina nyní tuto metodu testuje ve spolupráci s výzkumníky z japonských univezit Konan University a Osaka City University při výrobě závěsných mikrozrcadel, která se sama sestaví do výsledné polohy. Principem metody mikro-origami je výroba závěstů z dvojice vrstev různých materiálů, které se nepatrně odlišují v uspořádání atomů. Nesoulad atomových mřížek obnou vrstev vyvolává tlak, který vede k ohybu závěsu a v případě mikrozrcadel vede k jejich nastavení nad podkladem (Tento jev připomíná bimetalové proužky v některých termostatech. Tyto proužky jsou tvořeny dvěma kovy s různou teplotní roztažností a při zahřátí se proto proužek ohne). Jakmile se mikrozrcadlo upevní, lze s ním pohybovat v jeho závěsu ozařováním vysoce výkonným argonovým laserem. Dosud není zcela objasněn mechanismus, který způsobuje pohyb zrcadla ozářením. Tlak záření je příliš malý, aby způsobil takový jev. Výzkumníci (Jose M. Zanardi Ocampo [M1]) použili pohybu mikrozrcadel pro řízení polohy odraženého paprsku hélium-neonového laseru. Vědci se domnívaní, že zrcadla jako mikro-origami by mohla sloužit jako optické mikroelektromechanické přepínače nebo jako libovolná mikroskopická zařízení, která se automaticky nastaví bez vnějího mechanického zásahu. Tato metoda by tedy mohla významně urychlit a zjednodušit výrobu miniaturních strojů. (J. M. Zanardi Ocampo et al., Applied Physics Letters, 3. listopadu 2003)

Podle nové studie zrychlení narušuje kvantovou teleportaci (Paul Alsing, University of New Mexico, [M2]). Princip kvantové teleportace spočívá ve vytvoření dvojice částic (jako jsou fotony), které interagují tak, že jejich kvantové vlastnosti jsou navzájem provázány (proces nazývaný kvantové "propletení"). Pokud se tyto částice následně oddělí, pak lze změřit vlastnosti jedné částice (např. směr intenzity elektrického pole) a tuto částici zničit (tímto měřením), přičemž dojde k okamžitému přenosu vlastností na druhou částici, přestože je několik světelných let vzdálena od první částice. Kvantová teleportace je jiným procesem než je teleportace v seriálu Star Trek. Vědci totiž přenášejí pouze vlastnosti částice a nikoliv částici samotnou. Nyní nová analýza ukázala, že kvantová teleportace přestává fungovat, pokud se jedna částice vůči druhé pohybuje se zrychlením. Mimochodem, v seriálu Star Trek teleportace posádky nefunguje, když se loď pohybuje warp pohonem. Narušení kvantové teleportace vyplývá z Davisova-Unruhova jevu. Urychlením nějaké částice, dokonce v prázdném prostoru, vznikají horké částice (s vysokou energií) v důsledku energie zrychlení. Tyto termální částice narušují schopnost urychlované částice na příjmu přesně reprodukovat vlastnosti první neurychlované částice, jejíž vlastnosti byly teleportovány. Přestože tento jev je při typických zrychleních nepatrný, ukazuje zajímavý vztah mezi prostoročasovým pohybem a kvantovým světem. (Alsing and Milburn, Physical Review Letters, 31. října 2003)

Jeden druh úhoři podobné primitivní ryby je téměř slepý, nemá čelisti a ani skutečnou páteř. Pokud je však tato ryba vyrušena, produkuje ohromné množství slizu. Výzkumníci ze skupiny pro výzkum polymerů Cambridge Polymer Group v Bostonu a z Univerzity Britské Kolumbie se rozhodli tento sliz podrobně prozkoumat, aby pochopili, jak tento sliz chrání rybu v přírodě a zda by jeho složení nemohlo být využito při výrobě praktických materiálů pro průmysl a medicínu. Sliz je směsí hlenu a vláken podobajících se nitím. Ryba sliz produkuje v koncentrované formě z řady pórů na bocích jejího těla. Při styku s vodou se sliz rozpíná do podoby lepkavého gelu, který může uvěznit a zadusit útočníka. Výzkumníci (Gavin Braithwaite, [M3]; Douglas Fudge, [M4]) zjistili, že na rozdíl od hlenu produkovaného různými membránami v organismu lidí a jiných živočichů, který nejlépe účinkuje při tělesné teplotě, zmíněný sliz účinkuje v širokém rozsahu teplot (od asi 5 do 30 stupňů Celsia). Odolnost vůči různým teplotám zajišťuje, že sliz bude účinnou obranou za různých podmínek. Umělé materiály, které by chemicky napodobovaly tento sliz, by mohly být dobrými gely pro vyplnění prostoru. Jedním z možných použití takového gelu by mohlo být účinné zastavení krvácení u zraněných lidí nebo během chirurgického zákroku. Navíc studium tohoto slizu zřejmě umožní porozumět, jak muciny, složky hlenu, v organismech fungují. Zatím probíhají určité debaty o relativním významu vláken a hlenu ve slizu ryby. Výsledky tohoto výzkumu, který se soustředil na analýzy vlastností samotného hlenu, byly publikovány na 75. výročním zasedání americké Society of Rheology v Pittsburghu.

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 660. November 4, 2003 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.

Vesmírná sonda Voyager 1 nedávno detekovala změnu svého okolního prostředí ve formě výrazně zvýšené hustoty energetických částic. Dva články publikované začátkem listopadu 2003 v časopise Nature předkládají dvě různá vysvětlení. Krimigis et al. tvrdí, že sonda ve vzdálenosti 85 astronomických jednotek od Slunce (1 AU = střední vzdálenost Země od Slunce, tj. 149,5 miliónů km) objevila "hranici rázové vlny", tedy oblast prostoru, kde proud částic ze Slunce přechází z nadzvukové do podzvukové rychlosti působením mezihvězdného prostředí. Rozhraní rázové vlny by mohlo být dobrým urychlovačem částic a pozorování sondy Voyager 1 by to potvrzovalo.

McDonald et al. však tvrdí, že Voyager 1 dosud nedosáhl hranice rázové vlny, protože byla pozorována nevýrazná přítomnost jednoho druhu energetických částic, tedy anomálních kosmických paprsků (Nature, 6. listopadu 2003). Voyager 2 a jeho dvojče Voyager 2 (asi 20 astronomických jednotek za hranicí sluneční soustavy) byly vypuštěny v roce 1997.
 

10. listopadu 2003 americké Ministerstvo pro energii publikovalo seznam určující pořadí výstavby nebo modernizace vědeckých zařízení ve Spojenych státech amerických v příštích 20 letech. Mezinárodní thermonukleární experimentální reaktor (ITER, the International Thermonuclear Experimental Reactor), který je v seznamu na prvním místě, by měl představovat novou velkou generaci v konstrukci reaktorů pro jadernou fúzi. Na druhém místě je vysoce výkonná počítačová síť (the Ultrascale Scientific Computing Capabality), která by měla výrazně urychlit vysoce časově a datově náročné složité vědecké výpočty. Na třetím místě stojí čtyři projekty blízké budoucnosti: projekt společného výzkumu temné energie (the Joint Dark Energy Mission), koherentní zdroj světla z lineárního urychlovače (the Linac Coherent Light Source), zařízení na výrobu složitých proteinů (the Protein Production and Tags Facility) a urychlovač vzácných izotopů (the Rare Isotope Accelerator). Celá zpráva a seznam jsou publikovány na [X1].
 

Atomy, z nichž jsou složeny plyny, kapaliny a pevné látky, jsou v neustálém pohybu. V řadě sloučenin nepatrné změny těchto vibrací atomů mohou mít významné důsledky pro makroskopické vlastnosti materiálu. Například pohyb atomů nějaké nečistoty může určovat, zda materiál bude užitečným polovodičem. Měření pohybu atomů má zásadní význam pro pochopení supravodivosti při vysoké teplotě, pro pochopení silné magnetoresistence (která nedávno vedla k vývoji pevných disků o vysoké kapacitě) a pro řadu dalších důležitých fyzikálních jevů.

Skupina vědců z Kyotské univerzity, z Japonského výzkumného ústavu pro synchrotronové záření, z Japonského výzkumného ústavu pro atomovou energii a Univerzity v Osace vyvinula novou metodu odhalující rozdíly kvantových oscilací atomů, které dosud byly za hranicemi možností běžných měřících metod. Nový přístup je zpřesněním jaderného resonančního nepružného rozptylu, kdy roentgenové záření ze zdroje částic (synchrotronu) excituje atomy, které pak vyzařují charakteristické gamma záření. Ačkoliv předchozí metody umožnovaly v materiálu určit různé chemické prvky, nebyly schopny rozlišit mezi stejnými atomy vázanamými v různých atomových konfiguracích.

Vědci zjistili, že excitací atomů pulsem synchrotronového záření a pozorováním oscilací v časovém spektru záření, které atomy vyzařují, lze změřit podíl atomů v různém prostředí. Vědecká skupina studovala atomy železa v běžném oxidu železa známém jako magnetit. Dvě třetiny těchto atomů v magnetitu jsou obklopeny vždy šesti atomy kyslíku a jedna třetina je obklopena pouze čtyřmi atomy kyslíku. Kvantové oscilace v záření gamma, které vzniká kvůli jadernému resonančnímu nepružnému rozptylu, jasně potvrzují tato dvě různá atomová prostředí. Vědci (Makoto Seto, [M1]) tvrdí, že novou metodu bude možno použít pro studium rozdílů dynamických vlastností složitých pevných látek a velkých biologických molekul, což umožní lepší porozumění vlastnostem těchto materiálů (M. Seto et al., Physical Review Letters, 31. října 2003)
 

Podle výzkumu americké Univerzity v Indianě nanoskopické shluky atomů galia, složené nejvýše z 17 atomů, se rozpouštějí při vyšších teplotách než větší kousky galia. Toto pozorování odporuje teoretickému předpokladu o bodu tání malých shluků. Podle současné teorie by pod tání měl s klesající velikostí shluku klesat a nanoskopická množství by měla být kapalná již při pokojové teplotě. Ve své předchozí práci (Martin Jarrold, [M2]) výzkumníci popsali podobné chování pro tání malých shluků již dříve, avšak nepozorovali fázový přechod pevné látky vökapalinu přímo. Proto nyní sledovali tvar malých shluků, aby určili jejich stav. V nedávném experimentu výzkumníci shluky atomů galia stlačili aöohřáli srážkami söatomy hélia vöplynu. Sledovali podíl rozpadlých shluků a takto přímo určili teplotu tání. Zatímco pevné galium taje při teplotě 303 Kelvinů, shluky o 39 a 40 atomech galia tály při teplotě asi 550 Ke a shluky o 17 atomech při teplotě vyšší než 800 K. Dosud neexistuje žádné teoretické vysvětlení tohoto podivného jevu. Výzkumníci se domnívají, že jejich měření by mohlo mít důležité důsledky pro nanotechnologii a vědu o materiálech. Nanoskopické shluky nebude možno při nízké teplotě sintrovat (spékat), pokud se nchovají podle předpovědí současné teorie. (G. A. Breaux et al., Physical Review Letters, 31. října 2003)

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 661. November 11, 2003 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.

Kapalná zeď v zařízení jaderné fúze by mohla zvýšit účinnost fúzního paliva a mohla by vést k pružnějším fúzním zařízením. Na zasedání Oddělení plasmové fyziky Americké fyzikální společnosti v Albuquerque v říjnu 2003 vědci z Laboratoře plasmové fyziky v Princetonu (Dick Majeski, PPPL, [M1]; Bob Kaita, PPPL, [M2]) popsali svůj test této myšlenky na zařízení CDX-U (Current Drive Experiment Upgrade). Zařízení CDX-U je sférický prstenec, který se podobá známému zařízení Tokamak. Podobně jako Tokamak toto zařízení používá silná magnetická pole pro udržování horké plasmy uvnitř prstence. Na dno svého Tokamaku vědci umístili nádrž s kapalným lithiem. Elektrický proud procházející plasmou vytváří silná magnetická pole a zahřívá plasmu na potřebnou teplotu. Při kontaktu s fúzní plasmou kapalné lithium zvyšuje účinnost přenosu elektrického proudu plasmou a proto dochází k menším ztrátám energie. Navíc kapalné lithium velmi dobře absorbuje nečistoty, jako je uhlík nebo kyslík, které mohou plasmu ochlazovat. Také absorbuje vodíkovou plasmu, takže vědci do směsi musí pumpovat vodíkový plyn. Absorbce zabraňuje vzniku chladného vodíku v plasmě na jejím okraji, který by se jinak do plasmy vracel a ochlazoval ji. Konečně kapalný povrch lze neustále doplňovat, takže kapalná zeď není rozrušována jako v případě, kdy neutrony bombardují pevné kovové stěny. Kapalnou zeď bude možno použít v budoucích reaktorech s magnetickou fúzí bez ohledu na jejich konstrukci. ([X1]; R. Majeski et al., Journal of Nuclear Materials, březen 2003.)
 

V polovodiči uzavřeném ve velmi malém prostoru mohou spiny elektronů působit na spiny atomových jader, jak ukázal nedávný experimentální vývoj fyziky laserů, pevných látek a jaderné magnetické resonance. David Awschalom a jeho kolegové ze Střediska pro Spintroniku a kvantové výpočty Kalifornské univerzity v Santa Barnara studovali litograficky vytvořenou kvantovou jímu, velmi úzkou, prakticky dvojrozměrnou oblast, v níž je polovodič schopen zachytávat elektrony. Laserovým pulsem vpravili polarizované elektrony (jejichž spiny mají definovanou orientaci určenou polarizací laseru) do kvantové jámy. Jakmile se elektrony nacházejí v jámě, lze tenkým diskem elektronů (s poloměrem asi 20 mikronů a tloušťkou jen 20 nanometrů) řízeně pohybovat kolem osy pouhou změnou elektrického napětí. Disk lze umístit s nanometrovou přesností. Jádra atomů v objemu obsazeném spinově polarizovanými elektrony mají tendenci sepolarizovat, tedy spiny těchto jader se snaží vyrovnat se spiny elektronů. Tohoto jevy lze dosáhnout ve velmi tenké oblasti, která odpovídá tloušťce jen několika desítek atomů, jejichž polarizovaná jádra lze přesně umístit změnou napětí. Tyto velmi tenké plochy polarizovaných jader by mohly tvořit základní prvky zařízení pro ukládání informací, v nichž by jaderné spiny určovaly logický stav systému.

Jistě si lze položit otázku, proč se používá "prostředníka", tedy proč informaci nemohou udržovat elektronové spiny? Jaderné spiny interagují s okolním prostředím slaběji než elektronové spiny. Proto atomová jádra jsou schopna si podržet svůj stav déle než elektrony. Také si lze položit otázku, proč se pro orientaci jaderných spinů používají elektrony, když lze použít silných magnetů? Elektrická pole pro nastavování elektronových spinů se ovládají snadněji a v menších rozměrech než magnetická pole. Vytvořit silná a lokalizovaná magnetická pole lze velmi obtížně. Navíc všechny elektronické obvody vuyžívají elektrické náboje a elektrická pole. Proto je technologicky schůdnější manipulovat s jadernými spiny elektronicky. Awschalom [M3] je přesvědčen, že tento výsledek je prvním krokem k plně elektrické manipulaci určitého počtu jaderných spinů. (Poggio et al., Physical Review Letters, 14. listopadu 2003)

Odkazy a literatura:

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 662. November 18, 2003 by Phillip F. Schewe, Ben Stein and James Riordon.