То или иное использование энергии ядерного распада для длительного получения электрической энергии — не новость. Новостью станет эффективное преобразование радиации в электричество, что особенно важно в свете ураганного распространения подключённых к интернету микродатчиков. На этот раз удивили китайские учёные. Они представили фотоэлектрическую ядерную батарейку, которая оказалась в 8000 раз эффективнее предыдущих разработок.

Источник изображения: Kai Li

Энергия радиоактивного распада может превращаться в электричество напрямую с помощью ряда полупроводников, производить нагрев и выводить электричество с помощью термоэлементов, а также способна возбуждать фотоны, с помощью которых можно вырабатывать электричество с фотоэлементов. Китайские исследователи из Университета Сучжоу воспользовались последним способом, развив идею от светящихся циферблатов часов до улавливания фотонов от подобных материалов миниатюрными фотопанелями.

Учёные создали полимерный кристалл и поместили в него немного америция. После этого рукотворный кристалл стал светиться призрачным зелёным светом. Такое свечение будет продолжаться десятилетиями, что делает источник питания на его основе условно вечным для практического использования. Учёные разместили поверх светящегося кристалла тонкоплёночный фотоэлемент и запаковали всё в кварцевое стекло для предотвращения утечек радиации вовне.

КПД такой ядерной батарейки составил скромные 0,889 %, но исследователи утверждают, что это значение в 8000 раз больше, чем у предыдущих аналогичных разработок. Сотни часов тестирования элемента показали, что он стабильно выдавал 139 мкВт на 1 кюри (единицу радиоактивности). Из таких элементов может получиться очень и очень долговечная ядерная батарейка для решения широкого спектра задач на Земле и в космосе.

Китайские учёные научились с помощью спутниковой сети Starlink обнаруживать самолёты-невидимки и другие малозаметные летающие объекты, такие как дроны. Для этого не потребовалось создавать сложные и дорогостоящие системы — устройство получилось собрать из того, что можно купить в обычном магазине электроники. Теперь дорогостоящие и технологически совершенные стелс-истребители F-35 можно засекать с помощью простого самодельного оборудования.

Источник изображения: Starlink

Уже давно известно, что с помощью сигналов Wi-Fi-роутеров можно обнаруживать присутствие людей в помещении. Нечто подобное стало возможным и благодаря сети спутников Starlink, только на глобальном уровне. Спутники числом около 7000 на низкой орбите непрерывно передают высокочастотные радиосигналы на Землю, создавая своего рода «дождь» из радиоволн. Под этим «потоком» любое воздушное средство будет искажать сигнал.

Это напоминает радиолокацию — у каждой цели есть своя эффективная площадь рассеивания в радиодиапазоне (в англоязычной литературе — radar cross section), которая даёт представление о наблюдаемом объекте. Однако, в отличие от военных радаров, в данном случае не требуется активного излучения в направлении цели. Нужно лишь пассивно принимать сигналы со спутников Starlink, что делает этот способ радиоразведки особенно привлекательным. Поток данных от Starlink даже не нужно расшифровывать — достаточно анализировать помехи, а с помощью (секретных) алгоритмов можно восстановить профиль цели.

По данным издания South China Morning Post, эксперимент с обнаружением малозаметного воздушного объекта был проведён в районе Южно-Китайского моря. В качестве объекта использовался беспилотник DJI Phantom 4 Pro размером примерно с птицу (35 см в поперечнике). Примерно такой же эффективной площадью рассеивания обладают американские самолёты-невидимки. На основе анализа сигналов Starlink китайские учёные с помощью самодельного оборудования смогли восстановить изображение объекта вплоть до идентификации вращения пропеллеров. Хотя технология ещё находится в стадии разработки, её перспективы впечатляют. Теперь либо спутниковая связь на театре военных действий, либо скрытность.

В Китае впервые испытан прототип гиперлупа, о котором долго говорил Илон Маск (Elon Musk). Поезд на магнитной подушке на сверхпроводящих магнитах впервые проехал по тоннелю с низким вакуумом, доказав возможность движения, ускорения и торможения по заданным параметрам. Испытания провела Китайская корпорация аэрокосмической науки и промышленности (CASIC) на испытательном стенде длиной 2 км. В будущем скорость состава составит 1000 км/ч.

Источник изображения: CCTV

В апреле 2022 года в провинции Шаньси на севере Китая была построена первая 2-км испытательная трасса для проверки новых концепций в сфере транспорта на магнитной подушке. До последнего времени разработчики тестировали на трассе прототип капсулы в тоннеле с нормальным давлением воздуха. Но чтобы состав смог развивать скорость порядка 1000 км/ч, он будет двигаться в трубе с низким атмосферным давлением — в условиях так называемого низкого вакуума.

Недавно специалисты CASIC впервые в комплексе испытали прототип сверхскоростного маглева при движении в вакууме с использованием в системе подвески сверхпроводящих магнитов — ещё одна технология, которая обеспечит эффективный и достаточно экономный разгон левитирующих поездов до высочайших скоростей. Как сообщает «Синьхуа»: «Результаты показали, что поезд обеспечил контролируемую навигацию, стабильность подвески и безопасную остановку в соответствии с заданной кривой».

Следует понимать, что подобные платформы имеют гораздо более широкое назначение, чем перевозка пассажиров в Китае из одного города в другой. Сверхпроводящие магниты и вакуумные трубы — это также потенциальные катапульты для вывода полезной нагрузки в космос чисто и условно дёшево, не говоря о значительном военном потенциале подобных систем. Также это новые материалы, технологии, системы управления и опыт, который невозможно переоценить.

Сегодня из Пекина в Шанхай на самом высокоскоростном поезде (329 км/ч) можно добраться за 3 ч 58 мин. В трубе с низким вакуумом маглев довезёт пассажиров по этому маршруту примерно за 1 ч 30 мин. Ожидается, что такой транспорт соединит крупные мегаполисы Китая.

Концепция «сухой Луны» уходит в прошлое. Новые образцы лунного грунта оказались «пропитаны» водой. По крайней мере, учёные нашли в реголите неизвестный минерал с 41-процентным содержанием воды по массе. И это в образцах с видимой стороны Луны, а ведь вскоре начнут публиковаться исследования грунта с обратной стороны спутника.

Источник изображения: CNSA

В образцах с Луны, доставленных на Землю более 50 лет назад советскими станциями и в ходе программы NASA «Аполлон», признаки воды практически не обнаруживались. Это заставило учёных принять концепцию «сухой Луны», вода на которой если и была, то в крайне ограниченном количестве. Эта концепция начала претерпевать изменения лишь в последние годы по мере улучшения инструментов дистанционного зондирования. Так, признаки кислорода и водорода вблизи лунной поверхности были выявлены как инфракрасными инструментами NASA (в 2020 году), так и индийской лунной орбитальной станцией «Чандраян-1» (в 2009 году). Похоже, на Луне всё-таки может быть вода и не только в виде льда в вечной темноте полярных кратеров.

Больше надежд на обнаружение воды в лунной породе возлагается на свежие образцы, доставленные на Землю китайскими станциями. В 2020 году зонд «Чанъэ-5» доставил на Землю образцы грунта с видимой стороны Луны, а в начале этого лета зонд «Чанъэ-6» привёз образцы с обратной стороны Луны, что произошло впервые в истории космонавтики. Образцы грунта миссии «Чанъэ-6» пока недоступны для изучения, но зато образцы от предыдущей миссии вовсю изучаются учёными.

В частности, новая совместная работа учёных из Пекинской национальной лаборатории физики конденсированных сред, Института физики CAS и других китайских исследовательских институтов выявила удивительный минерал, ранее не встречавшийся исследователям. Его так и назвали — «неизвестный лунный минерал» (ULM-1). Минерал (NH₄)MgCl₃·6H₂O прозрачен и представляет собой своего рода плоский кристалл. Анализ выявил в минерале до 41 % молекул воды по массе. Минерал ULM-1 обнаружен среди 1000 других вкраплений в конкретном образце лунного грунта полученного учёными для исследований. Для полноты картины, судя по всему, необходимо обнаружить ULM-1 в других образцах.

Китай получил образцы лунной породы из области в более высоких широтах, чем это сделали советские и американские станции. Вероятно, этим можно объяснить обнаружение впечатляющих следов воды в «китайских» образцах и её отсутствие в американских. Наличие воды на Луне будет определять судьбу баз постоянного присутствия на спутнике. И, похоже, что она там скорее есть, чем её нет.

Китайское национальное космическое управление (CNSA) сообщило, что в 2030 году проведёт свои первые учения по защите Земли от астероида. Это будет эксперимент сродни миссии NASA DART по ударному воздействию на астероид Диморф. Своей целью китайцы выбрали 30-м астероид 2015 XF261. Он почти в шесть раз меньше Диморфа и попасть в него будет намного труднее.

Источник изображения: Don Davis/NASA

Создание планетарной обороны — это самое благородное, что можно ожидать от космической гонки. Оставляя за скобками возможность контролировать околоземной пространство космическими силами той или иной страны, защита Земли от опасных астероидов когда-то может спасти жизнь каждому жителю планеты.

В Китае построят эксперимент по ударному воздействию на астероид на более прочном основании, чем это сделали в NASA, когда планировали миссию DART. В некотором смысле в NASA действовали наудачу, не располагая точными данными об объекте воздействия. Это привело к тому, что целевой астероид повёл себя непредсказуемым образом, поскольку его верхний слой оказался из пыли и щебня. А точное воздействие на объект станет известно только в 2026 году, когда к поражённом астероиду доберутся ещё не запущенные зонды миссии «Гера».

Китай предварительно отправит к целевому астероиду исследовательский зонд для всесторонней оценки его состава, формы и геологии. Радары, спектрометры, камеры и датчики зонда на орбите астероида будут изучать объект 2015 XF261 в течение нескольких месяцев подряд. Лишь после этого по астероиду будет совершён удар зондом-камикадзе. Исследовательский аппарат на орбите астероида после этого проведёт ещё до 12 месяцев, изучая произведённое на него воздействие. Китайский эксперимент окажется более точным и, вероятно, более зрелищным, поскольку сможет в режиме реального времени произвести с близкого расстояния фото- и видеофиксацию удара по астероиду.

Перспективные твердотельные литиевые аккумуляторы хороши всем, кроме ожидаемой стоимости. По крайней мере, в первые годы после начала их массового производства. Одним из самых дорогих в новых батареях обещает стать электролит на основе сульфида лития, стоимость которого может достигать $200 за килограмм. Новый созданный в Китае электролит LPSO стоит всего $14,42 за килограмм и не содержит дорогостоящих сульфидов, хотя не уступает в характеристиках аналогам.

Перспективные аккумуляторы в представлении художника. Источник изображений: ETH Zurich

Многолетние исследования учёных во всём мире показали, что для твердотельных аккумуляторов в качестве основы для твёрдого электролита лучше всего подходят соединения на основе сульфидов, оксидов и хлоридов. Причём сульфиды лидирую по совокупности наиболее желательных характеристик в составе аккумуляторов. Проблема в том, что за основу при изготовлении сульфидных электролитов берётся достаточно дорогой сульфид лития (Li₂S). В результате 1 кг электролита на основе этого соединения стоит более $195, тогда как для коммерчески выгодного производства аккумуляторов цена электролита не должна превышать $50 за 1 кг.

Учёные из Университета науки и технологий Китая (USTC) смогли синтезировать сульфидный электролит, не прибегая к помощи сульфида лития, что соответствует более чем 90-процентному снижению стоимости этого компонента аккумуляторов. По мнению исследователей, это способно революционизировать отрасль производства аккумуляторов и электромобилей, обещая привести к появлению недорогих, ёмких, высокоплотных и безопасных источников автономного питания. По крайней мере, в лаборатории опытный экземпляр аккумулятора при комнатной температуре стабильно проработал свыше 4200 часов.

В пятницу состоялась торжественная передача Китайской академии наук образцов грунта с обратной стороны Луны. Извлечение капсулы из спускаемого аппарата произошло сутками ранее. Учёные оценили массу доставленных образцов на уровне 1935,3 граммов, что почти соответствует двухкилограммовой вместимости контейнера. «Могли бы привезти и больше, но были ограничены ёмкостью контейнера», — пояснил главный инженер программы.

Источник изображения: Xinhua

Как уверены в Китае, первая в мире доставка образцов грунта с обратной стороны Луны — это важное достояние всего человечества. Тем не менее, образцы не менее двух лет будут распространяться только среди китайских учёных. Международное сообщество получит уникальный грунт для анализа намного позже. Например, по анализу образцов с видимой стороны Луны, доставленных китайской миссией «Чанъэ-5», в ведущих научных журналах мира вышло около 100 «высококачественных» статей исключительно китайских авторов. Аналогичные статьи иностранных коллективов ожидаются позже, работы по ним едва начались.

Миссия «Чанъэ-5» в 2020 году доставила на Землю около 1,73 кг образцов. В этом плане миссия «Чанъэ-6» была успешнее, доставив свыше 1,9 кг бесценного материала для исследований. Забор образцов сделан в ударном кратере, известном как бассейн Южный полюс — Эйткен. С Земли это образование никогда не видно. Стараниями китайцев теперь мы сможем узнать о геологии Луны целиком, а не только её видимой стороны.

Сегодня в 15:00 по местному времени (в 10:00 мск) с космодрома Сичан на западе Китая стартовала ракета «Чанчжэн-2C». Она вывела на низкую околоземную орбиту уникальную космическую обсерваторию SVOM (Variable Objects Monitor) — мультиспектральный космический монитор переменных объектов. Аппарат массой 930 кг 20 лет создавался в содружестве Китая и Франции. Он станет самым современным инструментом для слежения за гамма-всплесками во Вселенной.

Художественное представление гамма-обсерватории SVOM. Источник изображения: Коллаборация SVOM

Обсерватория SVOM начала разрабатываться около 20 лет назад. Два прибора на её борту французского производства, два — китайского. Телескоп и датчики обнаружения гамма- и рентгеновского излучения разработаны и произведены во Франции. Оптический 450-мм телескоп, шасси и вспомогательное оборудование китайские.

Гамма-всплески во Вселенной порождают самые энергетически сильные явления, такие как слияния чёрных дыр или взрывы сверхновых. Достаточно часто невозможно определить, что именно и в какой точке пространства привело к выбросу гамма-лучей. В то же время точная привязка выброса энергии в гамма-диапазоне и определение спектра, а также энергии события даёт массу информации об объекте. Поэтому обсерватория оснащена телескопом, работающим в видимом диапазоне, — он будет искать следы послесвечения события. Также космическая обсерватория будет синхронизирована с рядом наземных телескопов (оптических и радио), чтобы гарантировать более быструю и надёжную привязку к наблюдаемым явлениям.

Обсерватория SVOM будет находиться на высоте 625 км над уровнем земли. Она дополнит и заменит космическую обсерваторию «Свифт», запущенную в космос 20 лет назад. С помощью данных SVOM гамма-всплески перестанут скрывать свои тайны и перейдут в разряд широко и глубоко изучаемых явлений.

Сегодня даже самая передовая энергонезависимая память имеет ограничения на количество циклов перезаписи. Для домашнего использования это не критично, тогда как во множестве отраслей скорость износа памяти имеет решающее влияние на безопасность и бюджет. Группа учёных из Китая начала поиск материалов для энергонезависимой памяти с нулевым износом. Это многое изменило бы в отрасли и в мире. На днях появилась информация о прорыве.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Как сообщили в своей статье в журнале Science исследователи из Нинбоского института материаловедения и инженерии Китайской академии наук (CAS), Университета электронных наук и технологий Китая в Чэнду и Университета Фудань в Шанхае, созданный ими материал для энергонезависимой памяти после миллиона циклов перезаписи в лабораторных условиях показал нулевой износ. Это прорыв, заявили исследователи. Потенциально память на основе нового материала может работать едва ли не вечно.

Следует сказать, что учёные использовали популярный среди исследователей сегнетоэлектриков материал — дисульфид молибдена. Точнее, его модификацию под названием 3R-MoS₂. Сегнетоэлектрики действительно меньше подвержены износу в процессе записи и хранения данных. Эффект гистерезиса (памяти) в таких материалах проявляется в изменении поляризации кристаллической ячейки, чем можно управлять с помощью внешнего электромагнитного поля. Физическое воздействие на материал минимальное, но, всё же, оно есть. Сегнетоэлектрическая память также со временем ухудшает свои свойства и с этим нужно работать.

Как выяснили китайские учёные, в ухудшении характеристик сегнетоэлектрической памяти — в проявлениях так называемой сегнетоэлектрической усталости — виноваты дефекты, вернее, процесс накопления дефектов. Они, как мелкая галька в морской волне, собираются в кучки, которые увеличиваются в размерах. Поэтому все силы учёных в новом исследовании были направлены на поиск решения замедлить или предотвратить накопление этих дефектов.

В результате поиска с привлечением машинных алгоритмов (ИИ), исследователи создали с использованием 3R-MoS₂ слоистый «скользящий» материал, который не накапливал дефектов в процессе перезаписи. По крайней мере, после миллиона циклов материал не проявил ухудшения характеристик. Более того, материал оказался очень тонким — порядка одного нанометра. Это означает, что ячейки памяти могут быть очень и очень маленькими. Современная сегнетоэлектрическая память не может похвастаться маленькими ячейками и поэтому страдает от низкой плотности.

Нетрудно представить, как преобразится отрасль, например, искусственного интеллекта и супервычислений, если память в компьютерах не будет иметь износа. В свете начавшейся технологической войны США и Китая — это такой фактор, который невозможно переоценить.

В китайском научном рецензируемом журнале Transactions of China Electrotechnical Society вышла статья, в которой авторы рассказали о проблематике использования рельсовых пушек для запуска гиперзвуковых управляемых снарядов. Выявить полноту проблемы помогли полевые испытания орудия во время запуска снаряда в стратосферу. Они закончились неудачно, но указали путь к решению задачи.

Предполагаемый прототип рельсовой пушки на корабле НОАК. Источник изображения: SCMP

«Снаряд не следовал ожидаемой траектории, а максимальная дальность и высота полёта не соответствовали расчётным значениям», — сказано в рецензированной статье команды Военно-морского инженерного университета во главе с Лу Цзюньеном (Lu Junyong).

До выстрела учёные провели множество расчётов, экспериментов и цифровое моделирование процесса. Также снаряд прошёл испытания в аэродинамической трубе, где имитировался полёт на гиперзвуковой скорости. Всё было понятно, но после выстрела снаряд с оперением разогнался до скорости свыше 5 Маха примерно за 5 секунд и достиг потолка 15 км, в процессе чего сошёл с заданной траектории, а после начал снижение и упал на землю через 3 мин после выстрела.

Как показали данные с датчиков снаряда, его скорость вращения оказалась выше необходимой и, к тому же, случайным образом менялась в процессе полёта. Вращение снаряда необходимо для стабилизации его полёта, что в нарезном оружии реализуется пропилом спиральных бороздок в стволе. С гиперзвуковыми снарядами всё намного сложнее. Скорость их вращения должна быстро снижаться по мере наращивания скорости полёта и всё время оставаться стабильной, иначе малейший крен вызывает резкое изменение траектории, что и произошло во время стрельб.

В теории такого не должно было случиться. Для выяснения причины неудачи были собраны все экспериментальные данные, которые затем пропустили через систему машинного обучения. Искусственный интеллект выяснил, что причиной нерегулярной и случайной смены скорости вращения гиперзвукового снаряда стали микродеформации на оперении снаряда, которые возникали во время нахождения снаряда в стволе.

В рельсотроне, где токопроводящий снаряд разгоняется, скользя между двух контактных рельсов или с помощью тележки, за доли секунд возникают запредельные давление и температура вдобавок к электрическим дугам на выходе из орудия. Тем самым создаются условия для появления незаметных невооружённому глазу деформаций на кромках крыльев управляемого снаряда, что меняет аэродинамику на гиперзвуковых скоростях. Тот же ИИ подсказал, каким образом можно стабилизировать полёт снаряда с помощью работы закрылками, чтобы компенсировать нестабильности во время выстрела.

В США несколько лет назад официально свернули работы, связанные с разработкой рельсотронного оружия. Китай продолжает создавать рельсотроны, намереваясь получить опыт не только для боевого применения этого оружия, но также для совершенствования левитирующих поездов и создания электромагнитных катапульт для запуска космопланов и, в целом, полезной нагрузки на орбиту.

Китайские учёные разработали недорогой метод массового производства оптических чипов, которые используются в суперкомпьютерах и центрах обработки данных. Новая технология использует недорогой материал — танталат лития, который применяется при изготовлении компонентов смартфонов. Это изобретение должно помочь Китаю обойти ряд ограничений США на доступ к передовым полупроводниковым технологиям.

Источник изображения: techpowerup.com

Фотонные интегральные схемы (Photonic Integrated Circuits, PIC), используют оптические технологии для обработки и передачи информации и в основном применяются в оптоволоконной связи или фотонных вычислениях — новой технологии с повышенной скоростью передачи данных и пониженным энергопотреблением. PIC могут быть изготовлены с использованием различных материалов, включая ниобат лития, который известен своими превосходными возможностями электрооптического преобразования. Однако промышленное использование этой технологии сдерживается высокой стоимостью и ограниченным размером пластин.

Профессор Шанхайского института микросистем и информационных технологий Оу Синь (Ou Xin) и исследователь из Швейцарского федерального технологического института Тобиас Киппенберг (Tobias Kippenberg) опубликовали статью в журнале Nature об использовании для производства PIC альтернативного полупроводникового материала — танталата лития (LiTaO₃). По их словам, применение танталата лития обеспечивает дешёвое массовое производство благодаря процессу изготовления, близкому к традиционным коммерческим методам изготовления полупроводников.

«Танталат лития уже используется в коммерческих целях для радиочастотных фильтров 5G [используемых в смартфонах], обеспечивает масштабируемое производство при низких затратах и по своим свойствам не уступает, а в некоторых случаях превосходит ниобат лития», — утверждают учёные.

Изготовление PIC на основе танталата лития происходит традиционным путём с использованием литографии в глубоком ультрафиолете с последующим травлением пластин. Этот метод может помочь Китаю уменьшить воздействие ограничений, в том числе экспортного контроля и санкций, введённых США и их ключевыми союзниками для ограничения доступа Китая к передовым чипам и производственному оборудованию.

Стартап Novel Si Integration Technology, созданный Шанхайским институтом, уже располагает возможностями для массового производства 8-дюймовых пластин из нового материала. «Наша работа прокладывает путь к масштабируемому производству недорогих и крупносерийных электрооптических PIC нового поколения», — уверен Оу Синь.

О новой перспективной альтернативе литиевым аккумулятором сообщили учёные из Китая, опубликовав недавно статью в журнале Nature. По словам исследователей, они разработали электролит на водной основе, который не подвержен возгоранию. Но дело не только в безопасности «водных» аккумуляторов. Они могут хранить почти в два раза больше энергии, чем новейшие литиевые батареи — до 1200 Вт·ч/л.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

О разработке сообщили учёные Даляньского института химической физики Китайской академии наук. Предложенный ими водный электролит содержит растворы йода и брома. В прошлом учёные исследовали возможность создания более ёмких аккумуляторов на водных электролитах без использования солей лития, но выше отметки 200 Вт·ч/л подняться не удалось. Такие батареи тоже можно использовать, но только в системах накопления энергии. Для электромобилей подобные характеристики аккумуляторов не годятся.

Исследователи создали несколько прототипов аккумуляторов с водными электролитами. При использовании в материале анода кадмия выяснилось, что после 300 циклов разряда ёмкость аккумулятора снизилась до 78 %. Замена анода на ванадиевый продемонстрировала «значительную стабильность работы аккумулятора» — он без особенной потери ёмкости выдержал 1000 циклов разряда.

Что касается продемонстрированной аккумулятором на водном электролите плотности хранения энергии, то по этому параметру он превзошёл даже некоторые аккумуляторы с твердотельными электролитами. При этом он может быть сопоставим по стоимости производства с классическими литиевыми аккумуляторами, что станет несомненным прорывом, если работа дойдёт до стадии коммерциализации.

«Наша работа демонстрирует, что возможны безопасные водные аккумуляторы с высокой плотностью энергии, предлагающие вариант развития сетевых накопителей энергии и даже электромобилей», — сказано в работе учёных.

На 7-м семинаре консорциума Einstein Probe consortium в Пекине были представлены первые снимки неба в рентгеновском диапазоне, сделанные китайским рентгеновским телескопом «Зонд Эйнштейна» (Einstein Probe). Также на борту обсерватории установлен европейский прибор, который имеет особую ценность. Все снимки пока калибровочные. Научная работа обсерватории начнётся в середине июня. Но даже сейчас аппарат поражает своими возможностями.

Млечный Путь в рентгеновском свете (с наложением на оптическое). Источник изображения: Einstein Probe consortium

Обсерватория «Зонд Эйнштейна» была запущена в космос 9 января 2024 года с космодрома Сичан на юго-западе Китая с помощью ракеты «Чанчжэн 2C». Обсерватория расположилась на орбите Земли на высоте около 600 км. Научная работа рассчитана на три года наблюдений. За своё участие в проекте европейские учёные получат около 10 % рабочего времени обсерватории.

Основной поток данных будет генерировать широкоугольный китайский рентгеновский телескоп WXT (Wide-field X-ray telescope). Его поле зрения составляет 1345 квадратных градусов, что позволяет ему одним кадром захватывать площадь неба, равную 10 тыс. дискам полной Луны. Телескоп делает полный снимок неба каждые 5 часов, что позволит учёным обнаруживать массу переходных событий, которые раньше ускользали от них. Это джеты нейтронных звёзд, падение вещества на чёрные дыры, взрывы сверхновых и другие яркие в рентгеновском излучении события.

Европейский телескоп FXT (Follow-up X-ray Telescope) — это узконаправленный прибор с очень высокой чувствительностью в рентгеновском диапазоне. Если WXT найдёт что-то особенно интересное, FXT сможет рассмотреть это с превосходным разрешением. Также оба телескопа помогут в поиске объектов и событий, обнаруженных в других диапазонах, например, гравитационно-волновыми обсерваториями, гамма-телескопами и даже оптическими и инфракрасными телескопами.

Даже калибровочные снимки поразили учёных своей детализацией и возможностями. В процессе настройки бортовых систем и приборов обсерватория «Зонд Эйнштейна» обнаружила 19 февраля 2024 года первый переходный процесс и, позже, ещё 14 временных источников рентгеновского излучения, а также 127 вспышек звёзд. Можно только представить, какой поток ранее недоступной информации пойдёт с началом работы обсерватории через полтора месяца!

Остаток сверхновой Корма А в рентгеновском диапазоне

По масштабу это станет чем-то близким к началу работы «Уэбба», хотя, конечно, новые рентгеновские обсерватории запустили NASA и JAXA в добавок к уже летающим. Но такого масштабного проекта как «Зонд Эйнштейна» пока нет ни у кого. Используя опыт этой обсерватории, ЕКА планирует в будущем запустить собственную космическую рентгеновскую обсерваторию NewAthena. Однако пока этот проект не вышел из стадии обсуждения. В будущем NewAthena станет крупнейшей рентгеновской обсерваторией в истории.

Принцип работы рентгеновской оптики «глаз омара», из-за этого источники на снимках выглядят как «+»

Добавим, китайский телескоп Wide-field X-ray собирает рентгеновское излучении оптикой типа «глаз омара». Это трубчатые конструкции, которые за счёт отражения от внутренних стенок позволяют усиливать рентгеновский свет. Подробнее об этой оптике мы рассказывали раньше, например, здесь.

Группа китайских учёных из Университета электронных наук и технологий Китая (UESTC), Университета Цинхуа и Шанхайского института микросистем и информационных технологий создала полупроводниковый источник запутанных фотонов, что может стать «замечательным потенциалом» для создания небольших и надежных квантовых чипов. В основе разработки лежит нитрид галлия (GaN), десятилетиями использующийся для выпуска синих светодиодов.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Запутывание фотонов позволяет защищать передаваемую информацию (квантовое распределение ключей) и выполнять квантовые вычисления или симуляции. И первые, и вторые операции можно выполнять с помощью пар запутанных фотонов. Другое дело, что их запутывание остаётся относительно сложным процессом, требующим особенных источников света, к примеру, на основе нитрида кремния или фосфида индия. Переход на нитрид галлия, хорошо знакомый производителям светодиодов и чипов, позволит шире и мощнее использовать квантовые каналы связи, а также подумать о создании квантовых систем на чипе.

Разработанный китайскими учёными источник запутанных фотонов представляет собой вытравленное на плёнке нитрида галлия кольцо диаметром 120 мкм (сама плёнка выращена на сапфировой подложке традиционным способом). При освещении кольца лучом лазера в инфракрасном диапазоне часть фотонов оказываются в своеобразной ловушке и начинают перемещаться по кольцу. Некоторые из таких частиц становятся резонансными парами. Резонансные пары, в свою очередь в процессе так называемого четвертьволнового смешения — известного явления в нелинейной оптике (кольцо из нитрида галлия — это и есть нелинейный оптический канал), порождают новую пару уже запутанных друг с другом частиц.

Измерения показали, что возникающая в кольце нитрида галлия запутанность такого же качества, как и в случае с другими квантовыми источниками света. Иными словами, предложенное решение можно брать на вооружение при проектировании оборудования для квантовых каналов связи и для квантовых процессоров. Более того, диапазон длин волн у GaN-источника света простирается до 100 нм против 25,6 нм у «традиционных» источников света. А это, в свою очередь, позволит расширить и уплотнить каналы передачи квантовой информации.

По словам разработчиков, помимо квантового источника света, GaN также является многообещающим материалом для изготовления других компонентов квантовых схем, включая лазер с накачкой и детекторы лёгких частиц. «Платформа GaN имеет значительные перспективы для создания квантовых фотонных интегральных схем “всё на кристалле” по сравнению с существующими платформами», — резюмируют учёные.

Международная группа учёных во главе с китайскими исследователями поставила эксперимент, в ходе которого впервые удалось обнаружить признаки существования кванта гравитационного поля — гравитона, который также может служить переносчиком гравитационного взаимодействия. Концепция гравитона сформировалась без малого 100 лет назад, но лишь теперь учёные получили шанс приблизиться к его открытию.

Источник изображения: SCMP

В подготовке эксперимента и в анализе его результатов участвовали учёные из Китая, США и Германии. Установка создавалась в Нанкинском университете, на что ушло три года. Анализируемый материал необходимо было охладить до температуры вблизи абсолютного нуля и обеспечить воздействие на него тонко настроенным лазером для оценки возбуждения электронов в образце. Фактически это взаимоисключающие требования, ибо возникает мостик тепла между экспериментальной средой и измерительными инструментами.

Китайцы справились. Полученный из США образец высокочистого арсенида галлия был охлаждён до -273,1 °C и помещён в магнитное поле на шесть порядков сильнее, чем магнитное поле Земли. Задача стояла создать в материале толщиной с атом эффект конденсированного состояния электронов, поток которых начинал вести себя как жидкость. Затем с помощью лазера оценивались возбуждённые состояния электронов и, в итоге, измерялся их спин.

Как известно, спин электрона не целый и равен 1/2. У гравитона же спин должен быть равен 2, что делает его уникальным, если таковой вообще существует в природе. Анализ данных эксперимента показал, что отдельные частицы характеризовались спином со значением 2. Такая регистрация проведена впервые в мире и оставляет место для дальнейшего поиска гравитонов.

Если гравитон будет обнаружен, а это безмассовая частица не имеющая также зарядов, то это даст надежду на создание единой теории поля. До сих пор нет полной связи между классической физикой и квантовой. Именно отсутствие понимания сути гравитационного взаимодействия не позволяет соединить эти два мира.