Ссылки для упрощенного доступа

logo-print

Наука и техника наших дней


Открытие загадочной элементарной частицы тау-нейтрино, разумный робот для поиска метеоритов, а также последние научные новости - вот темы нашей сегодняшней передачи.

Сергей Иванов:

В негласном соревновании между Лабораторией Ферми и "ЦЕРНом" - Европейским центром ядерных исследований, расположенном близ Женевы, Лаборатория Ферми снова вырвалась вперед. "Снова", говорим мы, так как всем памятно состоявшееся несколько лет назад в той же Лаборатории Ферми открытие одного из кирпичиков мироздания - топ-кварка. И вот теперь новое открытие: команда физиков из США, Японии, Южной Кореи и Греции, работавшая на мощном протонном ускорителе "Теватроне", обнаружила еще один кирпичик - тау-нейтрино.

Нейтрино - частица загадочная. Ровно 70 лет назад ее существование предсказал швейцарско-австрийский физик Вольфганг Паули. Он заметил, что при бета-распаде ядер, сопровождающемся испусканием быстрых электронов, часть энергии исчезает неизвестно куда. Либо здесь нарушается закон сохранения энергии, либо энергию уносит из ядра нейтральная частица, улетающая вместе с электроном. Паули предпочел второй вариант.

Надо заметить, что перед тем Паули предсказал существование еще одной частицы, тоже нейтральной, то есть, не имеющей заряда, и дал ей название - нейтрон. Этот нейтрон, по расчетам Паули, должен быть почти таким же массивным, как уже известный физикам протон. Частица же, крадущая энергию, наоборот, должна была быть очень маленькой, вроде электрона. Поэтому Энрико Ферми, которому Паули рассказал о своей гипотезе, предложил назвать ее нейтрино, что значит "нейтрончик" или "нейтральненький". Вот откуда среди множества субатомных частиц у одной из них итальянское имя.

Нейтрон открыли через два года, а нейтрино - только через 26. Уж очень неуловимой оказалась частица. Заряда у нее нет, с веществом она не взаимодействует, и прилетая из космоса свободно пронизывает земной шар. К каким только ухищрениям не прибегали физики, чтобы отделить нейтрино от других частиц! Первыми в 1956-м году его обнаружили физики Фредерик Райнес и Клайд Коуэн-младший, работавшие в Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико. Чтобы поймать частицу, они воспользовались ядерным реактором. С того дня и началось бурное развитие физики частиц. Нейтрино относят к классу частиц, называемых лептонами, то есть - "легкими". К лептонам принадлежат электрон, мюон, тау-частица, соответствующие им электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино, а также их античастицы. Первые два типа нейтрино: электронное и мюонное, открыли давно и долго не догадывались о существовании третьего. Но когда в 1975-м году стэнфордский физик Мартин Перл и его коллеги открыли тау-частицу, они сразу же предположили, что у нее должно быть приложение в виде тау-нейтрино.

Удостовериться в этом было не так просто, хотя схема эксперимента на первый взгляд несложна. Физики разгоняли протоны почти до скорости света и заставляли их врезаться в вольфрамовую мишень. Столкновение протонов с вольфрамом породило пучок новых частиц, в том числе и тау-нейтрино. Чтобы отсеять от нейтрино другие частицы на их пути, был поставлен толстый экран, после чего пучок нейтрино достиг слоев железной эмульсии. Там нейтрино столкнулись с ядрами железа, что породило новые частицы, в частности, тау-частицы, которые оставили характерный след в слоях эмульсии. "Визитная карточка" тау-частицы - светлое пятнышко размером с миллиметр - свидетельствовала не только о ней, но, самое главное, о породившем ее тау-нейтрино. Четыре нейтрино оставили доказательства своего существования, четыре из ста миллиардов, пролетевших сквозь эмульсию.

Три вида нейтрино - реальность. Правда, некоторые физики, например, Дэвид Колдуэлл из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре допускают, что в природе могут существовать и так называемые "стерильные" нейтрино, не связанные ни с какими другими частицами. Но заняться их поисками пока никто не собирается, хотя бы, потому что они не вписываются в стандартную модель - общую теорию частиц, которую признают все физики.

Но стандартная модель не идеальна. По ней выходит, что у нейтрино, как и у фотона, не должно быть массы покоя. Между тем, многое говорит о том, что масса, хотя бы и очень маленькая, все же должна быть, и попытки ее измерить делаются вот уже 30 лет. Измеряли ее сначала шведские физики, потом русские, потом американские. С каждым разом аппаратура становилась все совершеннее, методы все изощреннее, а предполагаемая масса все меньше и меньше. У физиков из Лос-Аламосской лаборатории вышло, что нейтрино весит не больше 5 электрон-вольт, то есть, в 100 тысяч раз меньше электрона - самой легкой из остальных частиц, Японцы, измерившие нейтрино на своем детекторе-гиганте "Супер-Камиоканде", утверждают, что масса у нейтрино еще меньше.

Измеряют ее с таким упорством главным образом для того, чтобы подсчитать среднюю плотность вещества во Вселенной - физики думают, что нейтрино по количеству доминирует над всеми частицами - и тем самым решить, наконец, что со Вселенной произойдет дальше: будет ли она расширяться бесконечно, остановится, или повернет назад. Основные же методы измерения нейтринной массы основаны на регистрации взаимных превращений одного вида нейтрино в другой. Теперь в эту регистрацию можно включить и тау-нейтрино.

Тау-нейтрино была предпоследней частицей из неоткрытых кирпичиков Вселенной, как их представляет нам стандартная модель. Теперь осталась одна - "Бозон Хиггса", принадлежащий к классу уже не лептонов, а тяжелых адронов. И Лаборатория Ферми, и "ЦЕРН" готовятся к следующему этапу соревнования. Если у них сейчас ничего не получится. Это открытие, как многие уверены, будет совершено на Большом адронном ускорителе, который вступит в строй в "ЦЕРНе" через 5 -6 лет.

Александр Сиротин:

Ученые многих специальностей считают, что Антарктида таит в себе ответы на многие научные вопросы: о формировании климата, о происхождении нашей планеты и о ключевых моментах ее истории. Антарктида оказалась также богатейшим хранилищем пришельцев из других миров - метеоритов. Изучение их поможет узнать, есть ли на других планетах вода, растительность, микроорганизмы... И вот для сбора метеоритов на Антарктиду направлен "Номад" или "Кочевник" - металлический робот, напичканный электроникой. Этот "охотник за метеоритами" представляет из себя четырехколесную машину, созданную Институтом Робототехники при университете Карнеги-Меллона в Питтсбурге, в штате Пенсильвания. Задача "Номада" - самостоятельный поиск метеоритов в условиях вечной мерзлоты на покрытой льдом поверхности. Речь идет о метеоритных осколках, долетавших из космоса до Земли и покоящихся на ледовом континенте среди обычных камней. "Номад" должен уметь самостоятельно отличать метеориты от земных камней.

Создатели "Номада" уверены, что робот действительно достаточно "разумен", чтобы самостоятельно обнаруживать метеориты. Ведущий конструктор "Номада" профессор Уильям Виттакер отметил, что до сих пор исследовательские роботы, направлявшиеся в космос или в океанские глубины, просто передавали собранную ими информацию людям для дальнейшего анализа и оценки.

"Исследовательские роботы только фотографировали и снимали на видео все, что "видели", то есть собирали данные и переправляли их ученым, которые определяли ценность этой информации и принимали решения, - говорит профессор Виттакер. - А "Номад" способен сам определять, какие из собранных образцов представляют научную ценность. Эксперимент окажется успешным, если робот сдаст экзамен на сообразительность".

"Номад" был доставлен на главную американскую базу в Антарктиде "Станцию Мак-Мардо". Там этот робот весом в 800 килограммов и размером с малолитражный автомобиль прошел первые испытания. "Номад" снабжен двигателем внутреннего сгорания, приводящим в действие электрогенератор, который снабжает вырабатываемой им электроэнергией привод, компьютеры, систему связи, научную аппаратуры и цифровую фотокамеру высокого разрешения. На каждом из 4 металлических колес робота находятся шины с металлическими шипами для движения по снегу и льду. Каждое колесо приводится в действие отдельным электромотором. Робот способен преодолевать препятствия высотой до одного метра, находить с помощью своих лазерных "щупальцев" оптимальные пути объезда, а также двигаться со скоростью примерно два километра в час, одновременно обследуя поверхность намеченного участка.

Профессор Димитриос Апостолопулос, системный аналитик Института Робототехники в Питтсбурге, руководит работами по созданию и усовершенствованию "Номада". Сейчас, как сказал он, робот проходит проверку в наиболее сложных условиях. Некоторые участки испытания представляют собой гладкие ледяные поля, на которых лишь изредка встречаются каменные обломки. Другие усыпаны крупными валунами, скалистыми осколками, камнями и щебнем, вынесенными на поверхность движением ледников.

"Номад" будет вести поиск, подражая полевым геологам, - говорит профессор Апостопулос. - Он сможет углублять свои инструменты в каменную породу с тем, чтобы определять ее физические характеристики - цвет, химический состав, термостойкость, электропроводность и так далее".

При выявлении какого-нибудь кандидата на звание метеорита, робот проведет не поверхностный, а уже более тщательный, глубинный анализ с помощью многочисленных анализаторов, которыми оснащено его подвижное щупальце, его "рука". В оснащение входит, в частности, мини-камера, позволяющая рассматривать находки под разными углами. "Номад" будет по несколько раз исследовать породу отражательным спектрометром, который направляет световой луч на объект и затем анализирует спектр отраженного света для определения его химического состава. Затем робот прибегнет к помощи металлодетектора, чтобы определить наличие железа - основного компонента многих метеоритов. После этого робот произведет необходимые выкладки, чтобы идентифицировать образцы. Если робот придет к выводу, что исследуемая порода метеоритного происхождения, то он даст радиосигнал, по которому полярники определят координаты объекта, сами прибудут на место и перепроверят результаты работы "Номада".

"Из сотен и даже тысяч образцов пород, рассмотренных "Номадом", примерно 150 могут оказаться заслуживающими особого внимания, - говорит профессор Апостопулос. - "Номад" не только сообщит нам, является ли данный камень метеоритом, но и определит, какого он типа. Так что это не просто "да "или "нет".

Разработка "разумного" робота, которая уже обошлась в 3,5 миллиона долларов, финансирует отдел космических исследования при НАСА. В свою очередь НАСА - Национальное Управление по Аэронавтике и Исследованию Космического Пространства США заинтересовано в отправке роботов, способных принимать самостоятельные решения, на другие планеты. С далекими мирами ведь даже простая радиосвязь очень затруднена, так как на передачу радиосигналов с Земли часто требуются десятки минут, а то и часы. Поэтому-то с Земли управлять роботом почти невозможно. Ученым нужны роботы, способные самостоятельно ориентироваться в неизвестной людям и быстро меняющейся враждебной среде, роботы, способные мгновенно распознавать и оценивать опасности, чтобы успеть их избежать.

Ученые и инженеры из Университета Карнеги-Меллона считают, что Антарктида - подходящий полигон для испытания таких роботов и для отработки дистанционного взаимодействия роботов и людей в особо трудных климатических условиях.

Кроме того, ученые считают Антарктиду настоящим заповедником метеоритов. Этот труднодоступный материк в наибольшей степени сохранился в первозданном виде. Он мало менялся в течение многих сотен тысяч лет. Люди были не в состоянии его освоить и заселить. В последние годы сотни исследователей, включая "охотников за метеоритами" стараются как можно эффективнее использовать короткое полярное лето для работы в Антарктиде. Начиная с 1969-го года, ученые США и Японии собрали более 20 тысяч метеоритных осколков в антарктических горных районах, где эти метеориты пролежали под снежными пластами тысячи лет. Движение ледников сконцентрировало каменистые породы внеземного происхождения в определенных районах, где опытные специалисты могут опознавать метеориты по их внешним характеристикам.

Среди метеоритов, собранных в Антарктиде, есть не только осколки, разлетевшиеся еще во времена возникновения Солнечной Системы миллиарды лет назад, но и кусочки с Луны или Марса, выброшенные в космос взрывной волной в результате столкновения планет с астероидами и кометами. Так, например, метеорит, найденный в Антарктиде в 1984-м году, по мнению ряда ученых, имеет марсианское происхождение, и более того, по мнению некоторых исследователей, хранит свидетельства существования на Марсе простейших форм жизни на уровне примитивных микроорганизмов.

Сейчас робот "Номад" проходит испытания на Слоновой морене. Это - основной район скопления метеоритов на Восточном Плато Антарктиды. Слоновой мореной это место названо, потому что с воздуха оно по форме напоминает небольшого слона с длинным хоботом. Здесь на небольшой площадке участниками экспедиций, проходивших в течение последних 15 лет, было собрано более 2 тысяч метеоритных камней. Их собирали участники специальной программы поиска метеоритов в Антарктиде сокращенно - "Ансмет". Средства на эту программу отпущены Национальным Научным Фондом США. Всего в рамках только одной этой программы собрано за последние 23 года более 10 тысяч метеоритных образцов. Они изучаются теперь специалистами во всем мире.

До того, как робот "Номад" приступил к полностью самостоятельной работе в Антарктиде, он в 1997-м году проходил испытания в Чили, в пустыне Атакама. Но тогда действиями робота управляли из научного центра университета Карнеги-Меллон в Питтсбурге и из исследовательского центра НАСА в Калифорнии. Позднее, в том же 1997-м году, а затем - в 1998м, специалисты испытывали робота в Антарктиде, в районе Пэтриот Хиллс. Но тогда роботу предоставлялась минимальная самостоятельность. Теперь "Номад" работает в отдаленной антарктической местности, куда невозможно экстренное прибытие механиков для устранения неполадок.

Ральф Харви, профессор университета "Кейс Вестерн Резерв" и руководитель работ в Антарктиде по программе "Ансмет", говорит, что результат деятельности робота в хорошо исследованном районе, в котором уже найдено немало метеоритов, будет легко проверить, что поможет установить, насколько можно доверять роботу. Профессор Харви убежден, что глаз и аналитический ум человека всегда будут точнее роботов отличать метеориты от похожих камней земного происхождения. По мнению профессора, робот никогда не превзойдет человека. Однако, робот может стать очень хороши помощником в такого рода исследованиях.

"У робота никогда не рассеивается внимание. Ему не может наскучить монотонная рутинная работа, повторяющаяся изо дня в день. Он не подвержен усталости. Робот освобождает человека для другой, более интересной и более полезной работы. Если "Номад" обнаружит метеориты, которые иначе, чем с его помощью мы бы не нашли, это станет настоящим событием. Тогда мы увидим, что "Номад" - не просто игрушка для демонстрации электронно-технических трюков, а полноценный и эффективный партнер человека в самых трудоемких научных исследованиях.

Евгений Муслин:

Сенсационная астрономическая новость.

В начале августа астрономы, собравшиеся на съезде Международного астрономического союза в Манчестере, в Великобритании, сообщили об открытии сразу десятка новых планет, обращающихся около звезд нашей галактики и получили первые доказательства существования еще одной многопланетной системы, наподобие нашей Солнечной. И вообще, если найдена хотя бы одна планета, то весьма вероятно, что она не одинока. В этом убеждены, в частности, астрономы Калифорнийского университета в Беркли.

Первая планета за пределами Солнечной системы была открыта лишь пять лет назад. А сейчас известно уже более 40 звезд, имеющих свои планеты. Почти все эти экстрасолнечные планеты были обнаружены косвенным путем - по изменениям длины излучаемых ими световых волн. Эти изменения возникают из-за вибрации звезд, вызываемой гравитационными полями, не видимых в оптические телескопы планет.

Доктор Дебра Фишер из Беркли перепроверила данные, полученные от 12 звезд, имеющих планеты, и обнаружила, что на основную вибрацию звездного диска у пяти из них накладывались помехи, свидетельствующие о наличии каких-то дополнительных объектов, скорее всего - других планет или несветящихся звездных спутников - так называемых коричневых карликов.

До сих пор были известны лишь две многопланетные системы: у звезды Эпсилон Андромеды на расстоянии 44 световых лет от Земли и у звезды HD 83 443 в созвездии Парусов на расстоянии 141 светового года.

Вновь открытая планетная система, о которой доложили астрономы в Манчестере, весьма необычна: обе планеты представляют собой гигантские газовые пузыри, расположенные очень близко к своей звезде. Один пузырь находится всего в 5 миллионах километров от звезды и делает полный оборот по круговой орбите всего за три дня. У другого орбита эллиптическая, а продолжительность года составляет около 30 суток. Для сравнения скажем, что радиус орбиты Меркурия, самой близкой к Солнцу планеты нашей системы, составляет около 60 миллионов километров, а продолжительность года - 88 дней.

Некоторые из недавно открытых планет сравнительно близки к Земле. Так, группа астрономов из Техасского университета под руководством доктора Уильяма Кочрана открыла планету у звезды на расстоянии всего 10,5 световых лет. Этот факт ободрил исследователей, пытающихся найти внеземную жизнь. Как сказал доктор Сет Шостак из Института "СЕТИ" - частной калифорнийской организации, занятой поисками внеземной цивилизации, "планеты во Вселенной встречаются так же часто, как дешевые отели на Земле".

XS
SM
MD
LG