две новости науки, одна хорошая, одна плохая...
Физики продемонстрировали тепловой квантовый двигатель.
Ученые разработали квантовый двигатель, КПД которого близок к максимально возможному значению в своем классе. Двигатель работает по циклу Отто на топливе из ядер углерода с полуцелым спином, которые выделяют энергию за счет ядерного магнитного резонанса. Работа опубликована в журнале Physics Review Letters.
В 1959 году физики Генри Сковил (Henry Scovil) и Эрих Шульц-Дюбуа (Erich Schulz-DuBois) впервые высказали идею квантового двигателя. Они показали, что трехуровневый мазер (квантовый генератор когерентных электромагнитных волн сантиметрового диапазона) можно рассматривать в качестве тепловой машины. Как правило, в качестве рабочего тела классического двигателя выбирают пары горючих смесей или водяной пар. Рабочее тело квантового двигателя - частицы, работу которых описывают законы квантовой механики. Квантовые эффекты, которые не учитывает классическая термодинамика, позволяют создавать двигатели с более высокой эффективностью.
Группа физиков во главе с Джоном Петерсоном (John Peterson) из канадского Университета Ватерлоо построила двигатель на базе ядер углерода с полуцелым спином (они выступают рабочим телом), основанный на использовании ядерного магнитного резонанса. Подобно классическому, их квантовый двигатель имеет холодильник и нагреватель - высокочастотный радиосигнал вблизи Лармороской частоты играет роль нагревателя, роль холодильника выполняют низкочастотные моды радиоволн. Ядра углерода остужают в холодильнике, затем рабочее тело расширяют (момент получения полезной работы) при помощи радиоволны, резонирующей с ядерным спином. Далее, ядра углерода нагревают путем обмена теплотой с ядрами водорода (водород выступает переносчиком тепла), и, наконец, рабочее тело снова сжимают (производят над ним работу).
Ядра углерода остужают при помощи радиоволн. Затем их нагревают путем обмена теплотой с ядрами водорода (водород выступает переносчиком тепла) и, наконец, в процессе сжатия атомы совершают полезную работу.
Максимальный КПД цикла Отто зависит от коэффициента сжимаемости. Максимально возможное значение для данной установки - около 44 процентов. В ходе эксперимента удалось получить КПД 42 процента - очень близкое к предельному числу, которое недоступно двигателям внутреннего сгорания с тем же коэффициентом сжимаемости. Хотя квантовый двигатель эффективнее классического, он обладает значительно меньшей мощностью. Его полезная работа за цикл - всего несколько петаэлектронвольт, то есть несколько тысячных ватта.
Квантовые двигатели еще невозможно применить на практике - энергия, которую они вырабатывают, очень мала. По словам ученых, сейчас гораздо важнее измерить основные характеристики двигателя и понять его сильные и слабые стороны. Эти данные дадут ученым возможность развивать технологию создания квантовых тепловых машин. Например, квантового холодильника, который был бы полезен для охлаждения квантовых компьютеров.
Самый известный термодинамический цикл - цикл Карно тоже не остался без своего квантового двигателя. Его КПД впервые превзошел максимальный КПД классического двигателя.
https://yandex.ru/turbo?text=https%3A%2F%2Fnplus1.ru%2Fnews%2F2020%2F01%2F04%2Fquantumengine&d=1&utm_source=yxnews&utm_medium=desktop&utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2Fnews
Ученым удалось создать прототип ускорителя частиц на чипе.
Ученым из Стэнфордского университета удалось создать прототип ускорителя частиц, который помещается на кремниевом чипе размером несколько десятков микрон.
Изначально размер прибора, который уменьшили ученые, был около двух метров. Ученым удалось его уменьшить до размеров, которые позволят использовать его в дальнейшем в области теоретической физики и медицины.
Отметим, существующие сейчас ускорители, такие как Большой адронный коллайдер, элементарные частицы разгоняют с помощью электрического поля. Но для этого приходится создавать приборы огромных размеров, чтобы добиться желаемых результатов. Поэтому ученые работают над новыми методами ускорения частиц, в частности, разрабатывается ускорение на базе терагерцовых импульсов.
Группа под руководством Елены Вучкович разработали прототип устройства, в котором используется диэлектрическое лазерное ускорение. В этом случае частицы ускоряются за счет электрического поля, которое возникает над специальной прозрачной бороздчатой структурой, подсвеченной снизу поляризованным лазерным лучом.
Созданное устройство сможет ускорять частицы за счет излучения кремниевых проводов ультрафиолетового цвета. В планах авторов разработки за 2020 год вывести его показатели до уровня, который позволит начать на нем проводить исследования.
Команда ученых из дезы и Гамбургского университета достигла важной вехи в поисках нового типа ускорителя компактных частиц. Используя сверхсильные импульсы лазерного излучения, они смогли получить особенно высокоэнергетические вспышки излучения в терагерцовом диапазоне, имеющие резко определенную длину волны (цвет). Терагерцовое излучение должно открыть путь для нового поколения компактных ускорителей частиц, которые найдут место на лабораторном стенде. Команда, возглавляемая Андреасом Майером и Францем Кертнером из Гамбургского Центра лазерной науки со свободными электронами (CFEL), представляет свои выводы в журнале Nature Communications . CFEL совместно управляется DESY, Гамбургским университетом и обществом Макса Планка.
Терагерцовый диапазон электромагнитного излучения лежит между инфракрасной и микроволновой частотами. Воздушные путешественники могут быть знакомы с терагерцовым излучением от полнотелых сканеров, используемых службой безопасности аэропорта для поиска предметов, скрытых под одеждой человека. Однако излучение в этом диапазоне частот может также использоваться для построения компактных ускорителей частиц. "Длина волны терагерцового излучения примерно в тысячу раз короче радиоволн, которые в настоящее время используются для ускорения частиц", - говорит Кертнер, который является ведущим ученым в DESY. "Это означает, что компоненты ускорителя также могут быть построены примерно в тысячу раз меньше."Поэтому генерация высокоэнергетических терагерцовых импульсов является также важным шагом для проекта AXSIS (frontiers in Attosecond X-ray Science: Imaging and Spectroscopy) в CFEL, финансируемого Европейским исследовательским советом (ERC), который направлен на открытие совершенно новых приложений с компактными ускорителями терагерцовых частиц.
Однако движение вдоль заметного числа частиц требует мощных импульсов терагерцового излучения с резко определенной длиной волны. Это именно то, что команде сейчас удалось создать. "Чтобы генерировать терагерцовые импульсы, мы запускаем два мощных импульса лазерного света в так называемый нелинейный кристалл, с минимальной временной задержкой между ними",-объясняет Майер из Университета Гамбурга. Два лазерных импульса имеют своего рода цветовой градиент, что означает, что цвет в передней части импульса отличается от того, что сзади. Поэтому небольшой сдвиг во времени между двумя импульсами приводит к небольшой разнице в цвете. "Это различие лежит именно в терагерцовом диапазоне", - говорит Майер. - Кристалл преобразует разницу в цвете в терагерцовый импульс."
Метод требует наличия двух лазерных импульсов чтобы быть точно синхронизированы. Ученые достигают этого, разделяя один импульс на две части и посылая один из них в короткий объезд, так что он немного задерживается, прежде чем два импульса в конечном итоге накладываются снова. Однако градиент цвета вдоль импульсов не является постоянным, другими словами, цвет не изменяется равномерно по длине импульса. Вместо этого сначала цвет меняется медленно, а затем все быстрее и быстрее, создавая изогнутый контур. В результате цветовая разница между двумя ступенчатыми импульсами не является постоянной. Разница только соотвествующая для произведения излучения терагерца над узким простиранием импа Ульс.
"Это было большим препятствием для создания высокоэнергетических терагерцовых импульсов",-сообщает Майер. "Потому что выпрямление цветового градиента импульсов, которое было бы очевидным решением, нелегко сделать на практике."Именно соавтор Николас Матлис выдвинул решающую идею: он предположил, что цветовой профиль только одного из двух частичных импульсов должен быть слегка растянут вдоль оси времени. Хотя это все еще не изменяет степень, с которой цвет изменяется вдоль импульса, разница в цвете по отношению к другому частичному импульсу теперь остается постоянной во все времена. "Изменения, которые необходимо внести в один из импульсов, минимальны и удивительно просты в достижении: все, что было необходимо, - это вставить короткую длину специального стекла в пучок", - сообщает Майер. "Внезапно терагерцовый сигнал стал сильнее в 13 раз."Кроме того , ученые использовали особо крупный нелинейный кристалл для получения терагерцового излучения, специально изготовленного для них японским Институтом молекулярных наук в Окадзаки.
"Объединив эти два измерения, мы смогли получить терагерцовые импульсы с энергией 0,6 миллиджоуля, что является рекордом для этой методики и более чем в десять раз превышает любой терагерцовый импульс с резко определенной длиной волны, который ранее был сгенерирован оптическими средствами", - говорит Кертнер. "Наша работа показывает, что для работы компактных ускорителей частиц возможно получение достаточно мощных терагерцовых импульсов с резко определенными длинами волн."
https://phys.org/news/2019-06-laser-high-energy-terahertz-pulses.html
ПСЫ:
ну нет зимы..., а город подумал ученья идут......
Ученые разработали квантовый двигатель, КПД которого близок к максимально возможному значению в своем классе. Двигатель работает по циклу Отто на топливе из ядер углерода с полуцелым спином, которые выделяют энергию за счет ядерного магнитного резонанса. Работа опубликована в журнале Physics Review Letters.
В 1959 году физики Генри Сковил (Henry Scovil) и Эрих Шульц-Дюбуа (Erich Schulz-DuBois) впервые высказали идею квантового двигателя. Они показали, что трехуровневый мазер (квантовый генератор когерентных электромагнитных волн сантиметрового диапазона) можно рассматривать в качестве тепловой машины. Как правило, в качестве рабочего тела классического двигателя выбирают пары горючих смесей или водяной пар. Рабочее тело квантового двигателя - частицы, работу которых описывают законы квантовой механики. Квантовые эффекты, которые не учитывает классическая термодинамика, позволяют создавать двигатели с более высокой эффективностью.
Группа физиков во главе с Джоном Петерсоном (John Peterson) из канадского Университета Ватерлоо построила двигатель на базе ядер углерода с полуцелым спином (они выступают рабочим телом), основанный на использовании ядерного магнитного резонанса. Подобно классическому, их квантовый двигатель имеет холодильник и нагреватель - высокочастотный радиосигнал вблизи Лармороской частоты играет роль нагревателя, роль холодильника выполняют низкочастотные моды радиоволн. Ядра углерода остужают в холодильнике, затем рабочее тело расширяют (момент получения полезной работы) при помощи радиоволны, резонирующей с ядерным спином. Далее, ядра углерода нагревают путем обмена теплотой с ядрами водорода (водород выступает переносчиком тепла), и, наконец, рабочее тело снова сжимают (производят над ним работу).
Ядра углерода остужают при помощи радиоволн. Затем их нагревают путем обмена теплотой с ядрами водорода (водород выступает переносчиком тепла) и, наконец, в процессе сжатия атомы совершают полезную работу.
Максимальный КПД цикла Отто зависит от коэффициента сжимаемости. Максимально возможное значение для данной установки - около 44 процентов. В ходе эксперимента удалось получить КПД 42 процента - очень близкое к предельному числу, которое недоступно двигателям внутреннего сгорания с тем же коэффициентом сжимаемости. Хотя квантовый двигатель эффективнее классического, он обладает значительно меньшей мощностью. Его полезная работа за цикл - всего несколько петаэлектронвольт, то есть несколько тысячных ватта.
Квантовые двигатели еще невозможно применить на практике - энергия, которую они вырабатывают, очень мала. По словам ученых, сейчас гораздо важнее измерить основные характеристики двигателя и понять его сильные и слабые стороны. Эти данные дадут ученым возможность развивать технологию создания квантовых тепловых машин. Например, квантового холодильника, который был бы полезен для охлаждения квантовых компьютеров.
Самый известный термодинамический цикл - цикл Карно тоже не остался без своего квантового двигателя. Его КПД впервые превзошел максимальный КПД классического двигателя.
https://yandex.ru/turbo?text=https%3A%2F%2Fnplus1.ru%2Fnews%2F2020%2F01%2F04%2Fquantumengine&d=1&utm_source=yxnews&utm_medium=desktop&utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2Fnews
Ученым удалось создать прототип ускорителя частиц на чипе.
Ученым из Стэнфордского университета удалось создать прототип ускорителя частиц, который помещается на кремниевом чипе размером несколько десятков микрон.
Изначально размер прибора, который уменьшили ученые, был около двух метров. Ученым удалось его уменьшить до размеров, которые позволят использовать его в дальнейшем в области теоретической физики и медицины.
Отметим, существующие сейчас ускорители, такие как Большой адронный коллайдер, элементарные частицы разгоняют с помощью электрического поля. Но для этого приходится создавать приборы огромных размеров, чтобы добиться желаемых результатов. Поэтому ученые работают над новыми методами ускорения частиц, в частности, разрабатывается ускорение на базе терагерцовых импульсов.
Группа под руководством Елены Вучкович разработали прототип устройства, в котором используется диэлектрическое лазерное ускорение. В этом случае частицы ускоряются за счет электрического поля, которое возникает над специальной прозрачной бороздчатой структурой, подсвеченной снизу поляризованным лазерным лучом.
Созданное устройство сможет ускорять частицы за счет излучения кремниевых проводов ультрафиолетового цвета. В планах авторов разработки за 2020 год вывести его показатели до уровня, который позволит начать на нем проводить исследования.
Команда ученых из дезы и Гамбургского университета достигла важной вехи в поисках нового типа ускорителя компактных частиц. Используя сверхсильные импульсы лазерного излучения, они смогли получить особенно высокоэнергетические вспышки излучения в терагерцовом диапазоне, имеющие резко определенную длину волны (цвет). Терагерцовое излучение должно открыть путь для нового поколения компактных ускорителей частиц, которые найдут место на лабораторном стенде. Команда, возглавляемая Андреасом Майером и Францем Кертнером из Гамбургского Центра лазерной науки со свободными электронами (CFEL), представляет свои выводы в журнале Nature Communications . CFEL совместно управляется DESY, Гамбургским университетом и обществом Макса Планка.
Терагерцовый диапазон электромагнитного излучения лежит между инфракрасной и микроволновой частотами. Воздушные путешественники могут быть знакомы с терагерцовым излучением от полнотелых сканеров, используемых службой безопасности аэропорта для поиска предметов, скрытых под одеждой человека. Однако излучение в этом диапазоне частот может также использоваться для построения компактных ускорителей частиц. "Длина волны терагерцового излучения примерно в тысячу раз короче радиоволн, которые в настоящее время используются для ускорения частиц", - говорит Кертнер, который является ведущим ученым в DESY. "Это означает, что компоненты ускорителя также могут быть построены примерно в тысячу раз меньше."Поэтому генерация высокоэнергетических терагерцовых импульсов является также важным шагом для проекта AXSIS (frontiers in Attosecond X-ray Science: Imaging and Spectroscopy) в CFEL, финансируемого Европейским исследовательским советом (ERC), который направлен на открытие совершенно новых приложений с компактными ускорителями терагерцовых частиц.
Однако движение вдоль заметного числа частиц требует мощных импульсов терагерцового излучения с резко определенной длиной волны. Это именно то, что команде сейчас удалось создать. "Чтобы генерировать терагерцовые импульсы, мы запускаем два мощных импульса лазерного света в так называемый нелинейный кристалл, с минимальной временной задержкой между ними",-объясняет Майер из Университета Гамбурга. Два лазерных импульса имеют своего рода цветовой градиент, что означает, что цвет в передней части импульса отличается от того, что сзади. Поэтому небольшой сдвиг во времени между двумя импульсами приводит к небольшой разнице в цвете. "Это различие лежит именно в терагерцовом диапазоне", - говорит Майер. - Кристалл преобразует разницу в цвете в терагерцовый импульс."
Метод требует наличия двух лазерных импульсов чтобы быть точно синхронизированы. Ученые достигают этого, разделяя один импульс на две части и посылая один из них в короткий объезд, так что он немного задерживается, прежде чем два импульса в конечном итоге накладываются снова. Однако градиент цвета вдоль импульсов не является постоянным, другими словами, цвет не изменяется равномерно по длине импульса. Вместо этого сначала цвет меняется медленно, а затем все быстрее и быстрее, создавая изогнутый контур. В результате цветовая разница между двумя ступенчатыми импульсами не является постоянной. Разница только соотвествующая для произведения излучения терагерца над узким простиранием импа Ульс.
"Это было большим препятствием для создания высокоэнергетических терагерцовых импульсов",-сообщает Майер. "Потому что выпрямление цветового градиента импульсов, которое было бы очевидным решением, нелегко сделать на практике."Именно соавтор Николас Матлис выдвинул решающую идею: он предположил, что цветовой профиль только одного из двух частичных импульсов должен быть слегка растянут вдоль оси времени. Хотя это все еще не изменяет степень, с которой цвет изменяется вдоль импульса, разница в цвете по отношению к другому частичному импульсу теперь остается постоянной во все времена. "Изменения, которые необходимо внести в один из импульсов, минимальны и удивительно просты в достижении: все, что было необходимо, - это вставить короткую длину специального стекла в пучок", - сообщает Майер. "Внезапно терагерцовый сигнал стал сильнее в 13 раз."Кроме того , ученые использовали особо крупный нелинейный кристалл для получения терагерцового излучения, специально изготовленного для них японским Институтом молекулярных наук в Окадзаки.
"Объединив эти два измерения, мы смогли получить терагерцовые импульсы с энергией 0,6 миллиджоуля, что является рекордом для этой методики и более чем в десять раз превышает любой терагерцовый импульс с резко определенной длиной волны, который ранее был сгенерирован оптическими средствами", - говорит Кертнер. "Наша работа показывает, что для работы компактных ускорителей частиц возможно получение достаточно мощных терагерцовых импульсов с резко определенными длинами волн."
https://phys.org/news/2019-06-laser-high-energy-terahertz-pulses.html
ПСЫ:
ну нет зимы..., а город подумал ученья идут......