Устройство размером с волос помогло объяснить происхождение энергии Вселенной

Михаил Года

Основные тезисы

Ученые создали миниатюрный ускоритель частиц, что помог воссоздать механизм Ферми, объясняя, как космические лучи набирают энергию.
Эксперимент подтвердил теоретические модели, открывая возможности для понимания астрофизических явлений и практического применения в квантовых технологиях.
Устройство может стать основой для новых инструментов в квантовой химии и атомтронике, исследователи планируют изучать влияние взаимодействий на скорость ускорения частиц.

Тайна Ферми: как ученые воссоздали ускорение частиц / Unsplash

Ученые достигли значительного прорыва в изучении космических лучей, создав миниатюрный ускоритель частиц размером всего 100 микрометров. Это устройство помогло воссоздать механизм, который объясняет, как частицы в космосе набирают огромную энергию. Исследование открывает новые горизонты для науки и технологий.

Команда ученых из университетов Бирмингема и Чикаго представила уникальный эксперимент, который позволил воссоздать в лабораторных условиях процесс ускорения частиц, известный как механизм Ферми, сообщает 24 Канал со ссылкой на SciTechDaily.

Этот процесс, впервые описан физиком Энрико Ферми в 1949 году, считается ключевым для объяснения того, как космические лучи – высокоэнергетические частицы, прибывающие из глубин космоса – получают свою невероятную энергию.

Космические лучи

Заряженные частицы, которые движутся со скоростями, близкими к скорости света. Они происходят из далеких галактик, взрывов сверхновых или даже черных дыр. Механизм Ферми предполагает, что эти частицы получают энергию, многократно отражаясь от магнитных полей или ударных волн, подобно тому, как мяч отскакивает от движущихся стенок.

Как проходил эксперимент?

Для эксперимента исследователи использовали ультрахолодные атомы и специальные подвижные барьеры, созданные с помощью оптических технологий. Устройство, размером не больше человеческого волоса, способно разгонять атомы до скорости более полуметра в секунду. Это позволило не только наблюдать ускорение частиц в контролируемых условиях, но и подтвердить теоретические модели, которые ранее оставались лишь предположениями.

Зафиксированные частицы и барьер / Фото G. Barontini

Одним из важных результатов стало подтверждение так называемого результата Белла, который лежит в основе всех моделей ускорения космических лучей. Это означает, что ученые получили спектры энергий, подобные тем, что наблюдаются в реальных космических лучах.

Почему это важное достижение?

Такой прорыв открывает возможности для более глубокого понимания астрофизических явлений, таких как ударные волны, магнитное пересоединение или турбулентность в космосе.

Этот экспериментальный ускоритель не только превосходит предыдущие методы ускорения, используемых в квантовых технологиях, но и имеет потенциал для практического применения. Например, в будущем подобные устройства могут стать основой для новых инструментов в квантовой химии или атомтронике – отрасли, изучающей поведение атомов в сверхнизких температурах для создания технологий будущего.

Исследователи отмечают, что их работа – только первый шаг. Они планируют изучать, как различные типы взаимодействий влияют на скорость ускорения и максимальную энергию частиц. Это может привести к созданию новых методов управления квантовыми системами, что будет иметь значение как для фундаментальной науки, так и для практических инноваций.

Важно! С научной работой можно ознакомиться на сайте Physical Review Letters.