Многие западные издания выстраивают своеобразные хит-парады научных достижений уходящего 2003 года. Мы публикуем один из таких списков, составленный редакцией издания PhysicsWeb.

1. Космология

В этом году NASA впервые обнародовало полную детальную карту распределения в окружающем нас пространстве космического микроволнового фона (реликтового излучения) - своеобразного микроволнового "эха" Большого взрыва. Ученые создали эту карту, исходя из данных, собранных спутником Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP, зонд для исследования микроволновой анизотропии имени Дэвида Вилкайнсона) на протяжении 12 месяцев полета. Результаты подтверждают инфляционные модели Вселенной и дают информацию о времени появления первой генерации звезд.

Судя по этим данным, нашей Вселенной приблизительно 13,7 миллиардов лет, а самые первые звезды во Вселенной сформировались спустя всего лишь 200 миллионов лет после Большого взрыва. Результаты также свидетельствуют в пользу модели чрезвычайно протяженной "бесконечной" и "плоской" Вселенной, которая состоит из 4% обычного (барионного) вещества, 23% темной материи и 73% темной энергии. Надо сказать, что результаты, полученные WMAP, большинство авторитетных научных изданий ставят теперь на первое место среди всех научных достижений 2003 года.

Однако в октябре этого года космологи из Франции и США предположили, что пространство нашей Вселенной может быть не только конечным (при этом оно относительно невелико), но и "свернутым" в виде двенадцатигранника. Они утверждают, что эта форма поможет объяснить несоответствия между прежними теориями и новыми данными WMAP для больших пространственных углов.

2. Физика элементарных частиц

Возможное обнаружение бозона Хиггса и различных "суперсимметричных" частиц для большинства физиков, занимающихся высокими энергиями, безусловно, является самым приоритетным моментом в современных физических исследованиях. Не менее интересны неожиданные открытия нескольких новых экзотичных частиц в ходе экспериментов, проводимых в Японии, США, России и Германии. Новые частицы, которые могут иметь очень большое значение для Стандартной модели, для мирового сообщества физиков, занимающихся элементарными частицами, оказались приятной неожиданностью.

Информация о первой из новых частиц была обнародована в апреле, когда калифорнийские физики из Стэнфорда, занятые в эксперименте BaBar, сообщили о новом D-мезоне ("D_s (2317)"), который, скорее всего, должен содержать четыре кварка (небывалая конфигурация) - впрочем, эта интерпретация так и не была подтверждена.

Два месяца спустя появилась информация об открытии пентакварка - частицы с 5 кварками, - обнародованная американскими исследователями. Эта новая частица должна была содержать два "верхних" кварка, два "нижних" и один "странный" антикварк. Большинство же других частиц является либо мезонами, состоящими из пары кварк-антикварк, либо барионами, которые включают в себя либо три кварка, либо три антикварка (к числу таких частиц относятся и нуклоны - протоны и нейтроны, из которых состоит весь привычный нам мир и мы сами).

И, наконец, в ноябре ученые из коллаборации Belle японской лаборатории KEK заявили об обнаружении новой субатомной частицы, которую назвали "X (3872)". Эта частица также не вписывается ни в одну из известных схем, и исследователи полагают, что имеют дело с неизвестным до настоящего времени типом мезонов, который содержит четыре кварка.

3. Конденсаты

Физика конденсированных сред вот уже несколько лет продолжает выдавать на-гора удивительные и важные открытия. Речь идет как о конденсатах Бозе-Эйнштейна, так и о вырожденном ферми-газе. Бозе-конденсат - это принципиально новое состояние вещества, в котором все атомы переходят в одно и то же квантовое состояние. Вырожденный же ферми-газ состоит из атомов, которые подчиняются статистике Ферми-Дирака.

В июле физики из Университета Киото в Японии заявили, что впервые наблюдали бозе-конденсацию в газе, состоящем из атомов иттербия. Иттербий отличается от большинства других элементов такого рода тем, что имеет два валентных электрона, а не один, и поэтому способен переходить в немагнитное состояние. Такие новые конденсаты могут быть использованы в экспериментах, связанных с исследованиями в области фундаментальной симметрии.

Несколько недель назад австрийские и американские исследователи получили бозе-конденсат бозонных молекул из газа фермионных атомов. Это крупное достижение подводит физиков ближе, чем когда либо ранее, к заветной цели всех исследований в области ультрахолодного атомарного газа - наблюдению сверхтекучести в ферми-газе.

4. Оптика и электромагнетизм

После трех лет ожесточенных дебатов ученые, наконец, пришли к мнению, что материалы с "отрицательным показателем дисперсии" не нарушают законы физики. Такие материалы преломляют свет в противоположном направлении, если сравнивать с обычными материалами. Некоторые физики, однако, утверждают, что хотя фазовая скорость света подвержена отрицательному преломлению, к групповой скорости это не относится. Другие считают, что отрицательная рефракция способна нарушить причинную связь, допуская в таком веществе скорости большие, чем скорость света в вакууме.

К крупнейшим достижениям в оптике относятся также первое наблюдение так называемого "обратного эффекта Доплера" в линии передачи, исследование "оптических вихрей" и фокусировка света с наименьшим размером светового пятна. Немецкие исследователи сумели сконцентрировать лазерный пучок в области всего лишь в 0,06 квадратного микрона, что составляет почти половину от предыдущего такого рекорда.

5. Квантовые компьютеры

В 2003 году было сделано несколько важных шагов на пути к созданию реально работающего квантового компьютера. "Кубиты" ("Qubits") - квантовые эквиваленты обычных битов - были получены на основе пойманных в ловушку фотонов, атомов и ионов, однако на современном этапе требуется построение реально работающих устройств и системам на основе твердых тел. А это все еще остается недоступным.

В феврале, однако, некая группа физиков опубликовала сообщение об первом успешном "запутывании" двух "кубитов" в твердотельном устройстве, а еще одна группа продемонстрировала новый тип сверхпроводящего "кубита".

В августе третья группа описала создание логической схемы с помощью двух электронно-дырочных пар - также известных под названием "экситоны" - в квантовой точке. Самым важным считается то, что исследователи показали, что квантово-точечная система может вести себя подобно логическому элементу "НЕ".

6. Квантовая оптика

С 2003 годом связана первая демонстрация "одноатомного" лазера исследователями из Калифорнийского технологического института - они заманили в ловушку атом цезия. Свет, испускаемый устройством, связан с "антимодуляцией фотона", что делает его более управляемым, чем свет от обычных лазеров. Такой лазер может найти широкое применение в квантово-информационных технологиях.

О другом крупном достижении стало известно совсем недавно в декабре, когда американские и российские физики объявили, что сумели "остановить" свет в газе из разогретых атомов. Подобная техника поможет лучше и точнее управлять непосредственно световым потоком и, вероятно, получит применение в оптических коммуникациях и квантово-информационных системах. Ранее эксперименты с "остановленным" светом позволяли только сохранять "след" световых импульсов - это что-то подобное созданию голограммы, - однако новый подход позволяет заманивать в ловушку фактически фотонный сигнал.

7. Электричество из воды

Инженеры из Канады вызвали шум в средствах массовой информации в октябре, когда заявили, что впервые за последние 160 лет реализовали новый способ производить электричество.

В их установке вода проталкивается сквозь крошечные микроканалы в стеклянном диске, при этом возникает небольшая разность потенциалов. Это позволяет непосредственно преобразовывать энергию движущейся жидкости в электричество без любых дополнительных движущихся частей или нежелательного загрязнения окружающей среды. Концепция все еще нуждается в некоторой доработке, но утверждается, что такой источник питания может использоваться в батареях для маленьких электронных устройств вроде мобильным телефонов. Впрочем, не все согласны с тем, что этот способ получения электроэнергии действительно нов, и уж тем более достаточно скептиков, которые убеждены, что он вряд ли будет иметь какое-либо практическое применение.

8. Магнетизм

Кобальт претендует на включение в книгу рекордов: группа европейских физиков выяснила, что его энергия магнитной анизотропии (magnetic anisotropy energy - MAE, зависимость магнитных свойств от выделенного направления) составляет приблизительно 9,3 мэВ на атом - это больше, чем у каких-либо других материалов, известных на настоящее время. Энергия магнитной анизотропии определяет степень "замороженности" атомных магнитных моментов в материале. При всем при том кобальт самария, который широко используется в качестве постоянного магнита, имеет MAE всего лишь 1,8 мэВ на атом кобальта.

Физики также впервые в пределах субатомной шкалы наблюдали перемещение границ магнитных доменов. Это удивительное достижение открывает целое новое направление в фундаментальных исследованиях в физике конденсированного вещества и может даже привести к созданию новых магнитных материалов.

9. Новые сверхпроводники

Последние годы мы наблюдали серьезный прогресс в области физики сверхпроводников, и уходящий год не был в этом смысле исключением.

Физики из Университета Токио исследовали новый сверхпроводник, состоящий из калия, осмия и кислорода. Работа, которая только готовится к публикации, описывает материал "пирохлор" ("pyrochlore") - KOs₂O₆, - температура перехода в сверхпроводящее состояние у которого равна 9,6 K - при этом он способен оставаться сверхпроводником в мощном магнитном поле.

Ранее в этом году другая группа японских физиков обнаружила, что окись кобальта может быть преобразована в сверхпроводник путем простого добавления воды. Исследователи подозревают, что поведение высокотемпературных меднокислых сверхпроводников и материалов на основе окиси кобальта может быть описано с помощью одних и тех же физических законов.

10. Ядерные превращения под воздействием лазера

И, наконец, физики продемонстрировали возможность превращения одних радиоизотопов в другие под воздействием излучения лазера. Это крупное достижение может оказаться жизненно важным с точки зрения безопасного хранения и избавления от радиоактивных отходов в будущем.

Исследователи из Стратклайдского университета, Университета Глазго, Имперского колледжа, Аплтоновской лаборатории Резерфорда и германского Института трансурановых элементов в Карлсруэ показали, что иод-129 (период полураспада которого составляет 15,7 миллионов лет) может быть преобразован в короткоживущий иод-128 с помощью источника на основе лазера, генерирующего гамма-лучи (иод-128 имеет период полураспада 25 минут).