Энергетика – Будущее возобновляемых источников энергии

В стремлении понять, как выглядела Вселенная в первые доли секунды после Большого взрыва, учёные обратились к самым тяжёлым частицам — адронам, содержащим очарованные и нижние кварки. Исследование, недавно опубликованное в Physics Reports, предлагает обширный обзор того, как эти частицы взаимодействуют в чрезвычайно горячей и плотной среде — адронной материи, которая возникает на заключительном этапе ядерных столкновений на ускорителях, таких как БАК (LHC) и RHIC.

На первый взгляд вращение тела и его магнитные свойства кажутся совершенно разными явлениями. Одно относится к механике, другое — к электромагнетизму. Однако физика начала XX века показала, что между ними существует глубокая связь. Оказалось, что механический момент импульса может превращаться в магнитный момент, а изменение намагниченности способно вызывать вращение вещества. Эти удивительные эффекты получили названия эффекта Эйнштейна — де Хааса и эффекта Барнетта.

Связь с космосом, которую человечество ведёт через мощные антенны и межпланетные аппараты, может оказаться нашей самой заметной визитной карточкой для внеземных цивилизаций. Новое исследование, выполненное учёными из Университета штата Пенсильвания и Лаборатории реактивного движения НАСА, показало, какие области Вселенной наиболее вероятны для обнаружения нашими космическими соседями.

Инженеры Калифорнийского университета в Дэвисе представили экспериментальное устройство, способное получать механическую энергию в тёмное время суток без солнечных модулей, топлива или аккумуляторов. Основой разработки стал двигатель Стирлинга, использующий естественный тепловой поток между поверхностью Земли и холодом глубокого космоса. Это направление — один из новых подходов к созданию автономных систем, работающих круглосуточно даже при отсутствии света. Результаты опубликованы в журнале Science Advances и демонстрируют практическую возможность прямого преобразования радиационного охлаждения в полезную энергию.

Новые данные с релятивистского коллайдера тяжелых ионов RHIC открывают уникальное представление о том, как ведет себя кварк-глюонная плазма (КГП) — состояние материи, существовавшее в первые микросекунды после Большого взрыва. Используя фотонно-коррелированные струи частиц, физики впервые зафиксировали эффект «всплеска», когда КГП откликается на пролетающую через неё струю, подобно тому как вода разбрызгивается от проходящего сквозь неё объекта.

Квантовые вычисления на протяжении последних лет стали синонимом технологического прорыва: они обещают радикально ускорить решение задач, неподъёмных даже для самых мощных суперкомпьютеров. Но возникает важный вопрос: в каких случаях квантовые компьютеры действительно превосходят классические, и почему это происходит не всегда? Исследование, проведённое учёными Киотского университета, предлагает удивительный и фундаментально новый ответ, объединив квантовую информатику с криптографией — двумя науками, обычно считающимися самостоятельными.

Происхождение Луны остается одной из самых сложных и обсуждаемых загадок планетологии, несмотря на десятилетия исследований и анализ образцов, доставленных на Землю в рамках программы Apollo 17. Современные научные модели сходятся во мнении, что спутник Земли сформировался в результате гигантского столкновения с протопланетой, получившей условное название Theia, однако детали этого процесса до сих пор вызывают споры.

Новая работа физиков-ядерщиков предлагает наиболее точное на сегодня представление о том, как именно движутся кварки внутри протона. Хотя сами кварки невозможно наблюдать напрямую — они никогда не существуют в свободном состоянии — их движение определяет массу, структуру и спин всей адронной материи. Чтобы приблизиться к ответу на давний вопрос о том, что происходит в недрах каждого протона, учёные разработали теоретический подход, позволяющий вычислить ключевую величину, связанную с поперечным импульсом кварков.

Квантовые материалы обладают необычными свойствами, которые могут лечь в основу революционных технологий будущего — от сверхпроводников без потерь до энергонезависимых систем хранения информации. Однако такие состояния крайне нестабильны и исчезают за считаные пикосекунды. Именно это ограничивает их использование в реальных приложениях. Учёные из Гарвардского университета совместно с исследователями Института Пауля Шеррера PSI разработали метод, позволяющий продлить жизнь этих состояний на порядок — с нескольких триллионных долей секунды до наносекунд. Всё это стало возможным благодаря управлению электронами с помощью света и использованию уникальных возможностей рентгеновского лазера SwissFEL.

Магнитные поля, сопоставимые по силе с теми, что наблюдаются вблизи нейтронных звёзд и в астрофизических джетах, теперь могут быть воспроизведены в лабораторных условиях с помощью компактной лазерной установки. Исследователи из Университета Осаки представили революционный метод, позволяющий генерировать поля индукцией порядка мегатеслы за счёт контролируемой лазерной имплозии специально сконструированных микротрубок. Эта технология открывает новые горизонты в области фундаментальной физики, моделирования астрофизических явлений и перспективных направлений термоядерной энергетики.

Физики Калифорнийского технологического института совершили значительный прорыв в квантовой теории взаимодействующих частиц, решив одну из наиболее сложных задач современной теоретической физики — суммирование диаграмм Фейнмана до произвольного порядка. Это открытие позволяет вычислять свойства материалов с высокой точностью, начиная с первых принципов квантовой механики. Особое внимание в их исследовании уделено проблеме полярона — фундаментальному эффекту, который наблюдается в материалах с сильной связью между электронами и фононами.

Современная астрофизика вступает в новую эпоху, когда объекты, считавшиеся непостижимыми, становятся экспериментальными площадками для проверки фундаментальных законов природы. Чёрные дыры — эти загадочные и мощные образования — теперь можно не только наблюдать, но и использовать как инструмент для проверки точности общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Революционные изображения, полученные международным проектом Event Horizon Telescope (EHT), впервые позволили человечеству увидеть «тень» чёрной дыры и тем самым приблизиться к границам современной физики.

Учёные сделали важнейший шаг в понимании квантовой природы света: им удалось разделить один фотон на два и показать, что даже в таких условиях работает закон сохранения момента импульса. Это открытие подтверждает фундаментальный принцип физики на минимальном масштабе и открывает перспективы для развития квантовых технологий будущего.

Современные технологии — от электромобилей до дата-центров искусственного интеллекта — предъявляют всё более высокие требования к энергетике. Мир ищет источники энергии, способные обеспечить одновременно высокий объём производства и минимальное воздействие на окружающую среду. Одним из наиболее перспективных решений считается термоядерный синтез, процесс, при котором лёгкие атомные ядра соединяются, выделяя колоссальное количество энергии. Это тот самый процесс, который питает звёзды во Вселенной.

Развитие города: Анна Иванова, заместитель директора Института Генплана Москвы, поделилась своим мнением о том, какие городские территории могут быть востребованы для редевелопмента бизнесом. Ее слова затронули не только Москву, но и другие города России. Взгляд на застройку города надо менять, искать новые ресурсы, такие как бывшие производственные и депрессивные зоны, физически и морально устаревшие комплексы и объекты. При этом важно проанализировать пространство и определить, какие территории могут быть переосмыслены и восстановлены.

Австралийские ученые сообщили о создании первой в мире экспериментальной квантовой батареи, которая способна заряжаться практически мгновенно благодаря использованию эффектов квантовой механики. Исследователи считают, что эта технология может стать основой для совершенно нового поколения систем хранения энергии, кардинально отличающихся от современных аккумуляторов.

В мире современной квантовой науки и химии всё больше внимания уделяется поляритонам — квазичастицам, возникающим при сильном взаимодействии света и материи. Эти гибридные состояния обладают особыми свойствами, которые могут не только изменить наше понимание динамики молекул, но и открыть путь к практическим технологиям управления химическими реакциями с помощью света. Новое исследование группы профессора Шэрон Хаммес-Шиффер из Принстонского университета представляет собой шаг в этом направлении, показывая, что моделирование из первых принципов способно выявить квантовую запутанность в динамике молекулярных поляритонов.

Классические законы сохранения, лежащие в основе физики, отныне получили подтверждение и на квантовом уровне. Команда физиков из Университета Тампере в сотрудничестве с коллегами из Германии и Индии впервые доказала, что орбитальный угловой момент (ОУМ) сохраняется даже при разделении одного фотона на пару, что раньше считалось недоказанным для одиночных квантов света.

Квантовые спиновые жидкости относятся к числу наиболее необычных состояний квантовой материи, поскольку в них магнитные моменты электронов не выстраиваются в упорядоченную структуру даже при температурах, близких к абсолютному нулю. Вместо этого спины остаются в состоянии непрерывных квантовых флуктуаций, образуя сильно запутанную систему, в которой свойства отдельных частиц неотделимы от коллективного поведения всей системы. Такое состояние долгое время существовало преимущественно в виде теоретической концепции, поскольку его экспериментальное подтверждение в реальных материалах чрезвычайно сложно.

Квантовая телепортация, которая еще недавно воспринималась исключительно как одно из самых необычных явлений квантовой механики, постепенно превращается в практическую технологию будущего. Международная группа физиков из Китайского университета науки и технологий впервые экспериментально продемонстрировала, что квантовая телепортация способна передавать квантовую информацию эффективнее, чем обычная отправка фотонов по тому же каналу связи. Полученные результаты стали важной вехой на пути к созданию квантового интернета, сверхзащищенных коммуникационных систем и распределенных квантовых вычислительных сетей.