dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

Довольно давно возникла идея использовать потоки нейтрино (или антинейтрино – отличия тут чисто технические) для обнаружения и классификации ядерных реакторов. У нейтрино есть очень удобное для решения данной задачи свойство: они могут без проблем улетать очень далеко от активной зоны реактора, так как практически не взаимодействуют с веществом.

Соответственно, детектор, расположенный где-нибудь под Москвой, может принимать нейтрино, испускаемые реактором в Антарктиде (например). Надо заметить, что спектр потоков нейтрино/антинейтрино, рождающихся в результате процессов внутри реактора, зависит от типа топлива и, в меньшей степени, от типа и режима работы самого реактора. То есть, инструмент, в теории, идеальный. Идее этой около сорока лет. Она, между прочим, сыграла значительную роль в обосновании необходимости всех этих гигантских и, нередко, весьма дорогостоящих, экспериментов по детектированию нейтрино (как минимум – в СССР, но Штаты вряд ли выдумывали какую-то другую мотивацию).

Основные препятствия на пути к практической реализации, как это обычно бывает, создаёт то самое полезное свойство нейтрино, которое и делает инструмент привлекательным: детектировать нейтрино крайне сложно, соответственно, разрешающая способность системы (и во времени, и в пространстве) будет плохой. Тем не менее, с ростом качества детекторов, к теме постоянно возвращаются. Вот свежее предложение от физиков: компактный, – в размере стандартного транспортного контейнера, – детектор, пригодный для инспектирования иранского реактора (не только иранского, конечно). Впрочем, предлагаемая в статье по ссылке схема подразумевает размещение детектора в непосредственной близости от реактора (указан несколько странный показатель – “около 19 метров от активной зоны”). Это нужно для того, чтобы быстрее накопить данные для измерений.

Неплохим развитием являлось бы наблюдение за реакторами, находящимися на подводных лодках: следить за ними можно было бы с другого конца планеты, а местоположение определять при помощи взятия пеленга по потоку нейтрино. Но это, конечно, пока что чистая фантастика. Хоть и вполне научная.

(На фото – часть детектора нейтрино обсерватории IceCube.)

Помните про “сверхсветовые” нейтрино, которые обсуждались осенью? На сайте ЦЕРНа вчера появилось обновление, касающееся этого эксперимента. Сообщают о том, что дополнительные проверки-перепроверки выявили два возможных направления, которые могли привести к ошибке измерений (а могли и не привести к ошибке, да; более того, там разные оценки есть: ошибка могла быть как в сторону увеличения измеренной величины, так и в сторону уменьшения). Насколько можно понять из краткого сообщения, речь идёт о контуре, связанном с обработкой отметок времени GPS – обе потенциальных проблемы кроются в нём. Измерять уровень возможных искажений планируют только в мае. Ждём, в общем, что там “лазеры покажут”.

В сентябре очень шумно обсуждалось сообщение о наблюдении нейтрино, летящих со сверхсветовой скоростью. Как обычно, столь странный результат потребовал от физиков-экспериментаторов дополнительной проверки всего оборудования, в том числе, перепроверки “тайминга” для всех электрических цепей и устройств, участвовавших в измерениях. Ну и вообще сообщество физиков ищет самые разные возможные ошибки, связанные с тем нашумевшим экспериментом OPERA.

Появилась и работа (Ronald A.J. van Elburg – arXiv:1110.2685v3), примечательная тем, что там ошибка в измерениях скорости нейтрино объясняется неверной интерпретацией релятивистских эффектов, связанных с работой GPS. Как известно, GPS – это такое живое подтверждение того, что специальная теория относительности работает. А “сверхсветовые нейтрино”, как бы спорят с этой же теорией (хотя, это и не так).

При помощи GPS в исходном эксперименте (давшем “сверхсветовую скорость нейтрино”) синхронизировались часы на разных точках, задействованных в схеме измерений. Экспериментальные данные оперируют масштабами времени в десятки наносекунд, так что задача синхронизации тут технически непростая. И при этом, – если прав автор упомянутой статьи, – выходит, что набралось примерно 60 наносекунд ошибки, причиной которой послужило взаимное движение орбитальных часов (то есть, электроники спутников GPS) и экспериментального оборудования.

Естественно, при подготовке исходного эксперимента релятивистские эффекты учитывались, и сам спор (если так можно выразиться) идёт вокруг того, правильно ли эти эффекты учли. Кроме того, пока что не ясно, кто там вообще прав.

(Via Physics arXiv Blog)

Сейчас СМИ рассказывают о том, что “открыта частица, движущаяся со сверхсветовой скоростью” и тому подобные громкие штуки. Речь идёт об эксперименте OPERA в ЦЕРНе. А вот на “Элементах” есть внятное объяснение Игоря Иванова про “сверхсветовые нейтрино”, в котором подробно рассказывается, что же там физики измеряли, что за результаты получили и что эти результаты означают.

Продолжаем выпускать блог dxdt.ru. Тема маскировки объектов, достижения невидимости – очень популярное направление теоретических и экспериментальных научных исследований. Сейчас направление развивается в сторону “динамической маскировки”, если только можно так сказать. Вот пишут в Physicsworld.com о работе, в которой физики показывают, как с помощью специальной конструкции корпуса судна (там речь о передвижении по поверхности воды) и использования материалов с особыми свойствами можно полностью избавиться от спутного следа, возникающего в результате возмущения среды. Причём, в перспективе, технология работает не только на воде (под водой), но и в воздухе. Основная идея та же, что и в прочих схемах с “невидимостью”: “обтекание” объекта волнами происходит таким образом, что из точек, находящихся на некотором удалении от движущегося объекта, всё выглядит так, как будто никакого объекта и нет.

Очевидно, что военных применений у маскировки спутного следа больше, чем гражданских. Из последних напрашивается только одно – снижение сопротивления движению для быстроходных судов, экономия топлива. А вот для военных – тут очень важно то, что спутный след находится среди важнейших демаскирующих признаков. Не только для надводных кораблей, но и для подводных. А равно и для летательных аппаратов. Дело вовсе не в звуке, связанном с образованием следа, а в том, что именно след оказывается проще обнаруживать с помощью и пассивных, и активных средств наблюдения. Например, известно, что с воздуха с помощью специальных радаров можно наблюдать волны на поверхности, вызванные идущим под водой ракетным крейсером (этот “волновой” след мало того, что возникает на поверхности океана, так он ещё и длиннее, чем сама подводная лодка). Аналогичная ситуация и с наблюдением за лодкой из космоса.

Малозаметные летательные аппараты – та же история: сам аппарат может быть полностью “прозрачен” для радара, но изменения в атмосфере, вызванные его полётом, можно наблюдать. Особенно это касается сверхзвуковых аппаратов. Впрочем, для сверхзвукового полёта создать маскировочную схему, которая удалит спутный след, намного сложнее. Если вообще возможно.

Занимательно, что исследовательская мысль, как обычно, движется с опережением. Пока что нет практических систем для придания технике невидимости (в световом диапазоне, например). Но уже есть множество идей (вполне реализуемых на практике прямо сейчас) о том, как подобных невидимок обнаруживать, в том числе и с помощью детектирования изменений в среде, внутри которой невидимка передвигается. Логичный ответ: а мы придумаем, как и эти изменения спрятать. Вот только итоговое универсальное устройство пока, даже теоретически, получается уж слишком сложным, одним плащом не отделаешься.

У Игоря Иванова заметка “Бурная жизнь позитронов” – очень занимательно, про физику на масштабах времени в наносекунды.

Игорь Иванов пишет в блоге про столкновение планет с Землёй. Такое возможно на масштабах в миллиарды лет, при этом существенным “вредителем”, вносящим неблагоприятные изменения в орбиты планет, оказывается Меркурий.

Интересное про электромагнитные шапки-невидимки в блоге Игоря Иванова. Речь, естественно, не о сказочном артефакте, а об оболочках, позволяющих делать объекты невидимыми (в теории, пока что):

Казалось бы, для того, чтобы шапка-невидимка работала, надо тело обязательно помещать внутрь шапки. Оказывается, нет, не обязательно.

Радикально подешевевшая вычислительная мощность нынче позволяет делать всякие полезные фокусы с фотографиями. Так, по нескольким снимкам, например, научились в автоматическом режиме реконструировать конфигурацию бородок ключа от замка. То есть сфотографировали забытые на столе ключи телевиком с большого расстояния (с нескольких точек), запустили цифровые снимки в специальную программу и – можно изготавливать дубликаты ключей.

Понятно, что если тщательно сфотографировать некоторый трёхмерный объект с нескольких ракурсов, зафиксировав дополнительную информацию (параметры оптики, расположение камеры), то весьма детальную трехмерную модель внешней поверхности этого объекта можно сейчас построить автоматически, с помощью специального ПО. (Точности, кстати, добавляет особое “регулярное” освещение, если оно доступно; в “полевых условиях” можно, скажем, использовать дополнительную специальную вспышку.) Выходит, что сфотографированный на выставке “секретный” истребитель можно по фотографиям превратить в компьютерную модель. Истребители при этом фотографируют не только на выставках, но и прямо на секретных базах.

Очевидное, казалось бы, применение: построим по трёхмерной модели, полученной “из фотографий”, детальную диаграмму ЭПР (эффективная поверхность рассеяния) – это важно для анализа возможностей новой техники. Более того, в добавок к ЭПР, можно попытаться вычислить “радиолокационные сигнатуры“.

Действительно, достижения компьютеростроения и вычислительной физики позволяют многое в отношении электромагнитных полей посчитать. Но вот на практике от “фотографических реконструкций” толку совсем мало. Почему? Да потому, что на характеристики рассеяния электромагнитного излучения на трёхмерном объекте влияет не только форма поверхности, но и материалы, эту поверхность формирующие. Собственно в реальности именно “электромагнитные” характеристики материалов, из которых сделан истребитель, и будут формировать его диаграмму ЭПР.

Если задуматься над физикой распространения электромагнитных волн в разных средах, то становится понятно, что в случае с самолётом определяющее влияние имеют, казалось бы, малозаметные (или вообще не заметные на фотографии) нюансы, типа перехода материала носка крыла в панель обшивки (а тут ещё и разные материалы “даны” одним цветом). Более того, так как электрический заряд от падающей ЭМ-волны разбегается по всему корпусу самолёта (тут можно вспомнить школьный курс физики, про электрические цепи), весьма значительную роль в формировании свойств ЭПР играют внутренние особенности устройства агрегатов самолёта. А их, особенностей этих, вообще на фотографиях внешнего вида не обнаружить.

Так что для вычисления ЭПР придётся собрать гораздо больше информации. И для сбора потребуется уже не простой фотоаппарат, а особенный, специально подготовленный, довольно большой и необычный на вид. Подпустят ли с ним к военной новинке? Это вопрос.