Термоядерный синтез скоро может стать ненужным

Открытие бозона Хиггса в экспериментах на Большом адронном коллайдере подтвердили так называемую Стандартную модель устройства физического мира. Фото с сайта www.eso.org

На Большом адронном коллайдере (LHC, 27-километровый кольцевой ускоритель элементарных частиц, расположенный под Женевой на глубине 100 м) удалось зарегистрировать распад так называемого бозона Хиггса (недавно обнаруженной элементарной частицы, которая отвечает за наделение всех физических объектов массой) на два «нижних», или bottom-кварка. Впервые намек на возможность этого был зарегистрирован еще в 2012 году.

Популяризаторы сравнивают бозон Хиггса, вернее поле Хиггса, с безбрежным океаном, в котором «плавает» вся масса Вселенной и в котором некоторые из частиц «вбирают»-абсорбируют часть этой массы. Примером массовых частиц являются фермионы. К ним относятся, в частности, электроны и протоны. Они отличаются от бозонов тем, что имеют дробный спин, или магнитный момент. У фермионов имеются также электрические заряды – у электрона отрицательный, а у протона положительный.

Такие же заряды, только дробные, имеют и кварки – два «положительных», или up, дают протон, а два отрицательных down – нейтрон. Последний слабо удерживает электрон, который, вылетая из ядра, дает бета-излучение. В распаде нейтрона принимает участие «слабый» (weak) W-бозон. Он представляет собой физическое проявление сил, удерживающих в норме структуру ядра. Бозоны сильного взаимодействия, «склеивающие» кварки в протонах и нейтронах, на научном сленге прозвали «глюоны» (от glue – «клей»). В итоге это стало со временем официальным термином.

Открытие бозона Хиггса считалось весомым подтверждением так называемой Стандартной модели, но последние события вновь вселили надежды в души ее противников, вернее, критиков. Новое достижение свидетельствует об инструментальном прогрессе современной науки. Можно напомнить, что нынешнее повальное увлечение всякого рода мобильными устройствами стало возможно благодаря теории квантового взаимодействия фотонов в пучке света, родившейся 55 лет назад. Практически сразу же это воплотилось в создании лазера. Последний дал возможность в 1985 году охлаждать атомы до сотых долей градуса Кельвина с помощью оптических ловушек. Этого оказалось вполне достаточно для использования феномена в практических целях.

В 2018 году в физическом приложении к журналу Nature было опубликовано сообщение, что благодаря оптическим и магнитным ловушкам молекулы, состоящие из атомов кальция и лития, охладили до 40-миллионной доли Кельвина! Это позволит существенно продвинуться по пути проверки «постоянности» фундаментальных постоянных. Квантовые компьютеры создадут мир, в котором воплотятся мечты многих ученых и инженеров (как это случилось в первую компьютерную революцию, свидетелями которой мы стали). Они, в частности, позволят открыть новые комбинации веществ и их молекул, которые дадут возможность напрямую преобразовывать солнечную энергию.

Один из подходов обнародован в журнале Applied Physics Letters (APL), где сотрудники Оксфордского университета описали применение нового многообещающего материала. Речь идет о модификации перовскита, имеющего состав СаTiOз (титанат кальция), у молекулы которого ромбовидная форма. Различные перовскиты уже используются в солнечных батареях. Но в Оксфорде к оптически активному TiO2 добавили помимо цезия висмут с серебром и гексабром (Br6).

Физики и химики Оксфорда поставили перед собой задачу использовать модифицированный перовскит для прямого расщепления воды. Их статья в журнале так и называется: «Поверхностные свойства свободных от свинца двойных перовскитов: возможный световой катализ для расщепления воды». Примерно за полгода до этого на очистку соединения того же состава от свинца обращали внимание коллег и сотрудники Университета Брауна (г. Провиденс, США).

Прогресс науки и техники ускоряется, поэтому вскоре можно будет увидеть рождение водородной энергетики (летали же американские шаттлы на гремучей смеси водорода с кислородом), и для этого вовсе не надо будет ждать укрощения термоядерного синтеза.