Антология выдающихся достижений в науке и технике. Часть 39: Лауреаты Нобелевской премии по физике за 2011-2015 гг.

Приведен краткий аналитический обзор выдающихся научных достижений ученых мира, отмеченных Нобелевской премией по физике за период 2011-2015 гг. В число таких достижений вошли открытие ускорения расширения Вселенной, создание прорывных технологий манипулирования квантовыми системами, теоретическое...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2017
Автор:	Баранов, М.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2017
Назва видання:	Електротехніка і електромеханіка
Теми:	Електротехніка. Визначні події. Славетні імена
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147574
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Антология выдающихся достижений в науке и технике. Часть 39: Лауреаты Нобелевской премии по физике за 2011-2015 гг. / М.И. Баранов // Електротехніка і електромеханіка. — 2017. — № 4. — С. 3-9. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-147574
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1475742025-02-09T14:06:26Z Антология выдающихся достижений в науке и технике. Часть 39: Лауреаты Нобелевской премии по физике за 2011-2015 гг. An anthology of the distinguished achievements in science and technique. Part 39: Nobel Prize Laureates in Physics for 2011-2015 Баранов, М.И. Електротехніка. Визначні події. Славетні імена Приведен краткий аналитический обзор выдающихся научных достижений ученых мира, отмеченных Нобелевской премией по физике за период 2011-2015 гг. В число таких достижений вошли открытие ускорения расширения Вселенной, создание прорывных технологий манипулирования квантовыми системами, теоретическое обнаружение механизма происхождения массы субатомных частиц, изобретение энергоэффективных источников света − синих светодиодов и открытие нейтринных осцилляций. Наведено короткий аналітичний огляд основних наукових досягнень вчених світу, які відмічені Нобелівською премією по фізиці за період 2011-2015 рр. До числа таких досягнень увійшли відкриття прискорення розширення Всесвіту, створення проривних технологій маніпулювання квантовими системами, теоретичне виявлення механізму походження маси субатомних частинок, винахід енергоефективних джерел світу − синіх світлодіодів і відкриття осциляцій нейтрино. Purpose. Implementation of brief analytical review of the distinguished scientific achievements of the world scientists-physicists, awarded the Nobel Prize on physics for the period 2011-2015. Methodology. Scientific methods of collection, analysis and analytical treatment of scientific and technical information of world level in area of astrophysics, physics of elementary particles, physics of high energies, of modern theoretical and experimental physics. Results. The brief analytical review of the scientific openings and distinguished achievements of scientists-physicists is resulted in area of modern physical and technical problems which were marked the Nobel Prizes on physics for the period 2011-2015. Originality. Systematization is executed with exposition in the short concentrated form of the known scientific and technical materials, devoted opening of acceleration of expansion of Universe, creation of breach technologies of manipulation the quantum systems, theoretical discovery of mechanism of origin of mass of under-atomic particles, invention of effective power sources of light − blue lightemitting diodes and opening of neutrino oscillations. Practical value. Popularization and deepening of scientific and technical knowledges for students, engineers and technical specialists and research workers in area of modern theoretical and experimental physics, extending their scientific range of interests and cooperation in further development of scientific and technical progress in human society 2017 Article Антология выдающихся достижений в науке и технике. Часть 39: Лауреаты Нобелевской премии по физике за 2011-2015 гг. / М.И. Баранов // Електротехніка і електромеханіка. — 2017. — № 4. — С. 3-9. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2017.4.01 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147574 621.3: 537.8: 910.4 ru Електротехніка і електромеханіка application/pdf Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Електротехніка. Визначні події. Славетні імена Електротехніка. Визначні події. Славетні імена
spellingShingle	Електротехніка. Визначні події. Славетні імена Електротехніка. Визначні події. Славетні імена Баранов, М.И. Антология выдающихся достижений в науке и технике. Часть 39: Лауреаты Нобелевской премии по физике за 2011-2015 гг. Електротехніка і електромеханіка
description	Приведен краткий аналитический обзор выдающихся научных достижений ученых мира, отмеченных Нобелевской премией по физике за период 2011-2015 гг. В число таких достижений вошли открытие ускорения расширения Вселенной, создание прорывных технологий манипулирования квантовыми системами, теоретическое обнаружение механизма происхождения массы субатомных частиц, изобретение энергоэффективных источников света − синих светодиодов и открытие нейтринных осцилляций.
format	Article
author	Баранов, М.И.
author_facet	Баранов, М.И.
author_sort	Баранов, М.И.
title	Антология выдающихся достижений в науке и технике. Часть 39: Лауреаты Нобелевской премии по физике за 2011-2015 гг.
title_short	Антология выдающихся достижений в науке и технике. Часть 39: Лауреаты Нобелевской премии по физике за 2011-2015 гг.
title_full	Антология выдающихся достижений в науке и технике. Часть 39: Лауреаты Нобелевской премии по физике за 2011-2015 гг.
title_fullStr	Антология выдающихся достижений в науке и технике. Часть 39: Лауреаты Нобелевской премии по физике за 2011-2015 гг.
title_full_unstemmed	Антология выдающихся достижений в науке и технике. Часть 39: Лауреаты Нобелевской премии по физике за 2011-2015 гг.
title_sort	антология выдающихся достижений в науке и технике. часть 39: лауреаты нобелевской премии по физике за 2011-2015 гг.
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Електротехніка. Визначні події. Славетні імена
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147574
citation_txt	Антология выдающихся достижений в науке и технике. Часть 39: Лауреаты Нобелевской премии по физике за 2011-2015 гг. / М.И. Баранов // Електротехніка і електромеханіка. — 2017. — № 4. — С. 3-9. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT baranovmi antologiâvydaûŝihsâdostiženijvnaukeitehnikečastʹ39laureatynobelevskojpremiipofizikeza20112015gg AT baranovmi ananthologyofthedistinguishedachievementsinscienceandtechniquepart39nobelprizelaureatesinphysicsfor20112015
first_indexed	2025-11-26T15:27:51Z
last_indexed	2025-11-26T15:27:51Z
_version_	1849867236420878336
fulltext	Електротехніка. Визначні події. Славетні імена ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №4 3 © М.И. Баранов УДК 621.3: 537.8: 910.4 doi: 10.20998/2074-272X.2017.4.01 М.И. Баранов АНТОЛОГИЯ ВЫДАЮЩИХСЯ ДОСТИЖЕНИЙ В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ. ЧАСТЬ 39: ЛАУРЕАТЫ НОБЕЛЕВСКОЙ ПРЕМИИ ПО ФИЗИКЕ ЗА 2011−2015 гг. Наведено короткий аналітичний огляд основних наукових досягнень вчених світу, які відмічені Нобелівською премією по фізиці за період 2011-2015 рр. До числа таких досягнень увійшли відкриття прискорення розширення Всесвіту, створення проривних технологій маніпулювання квантовими системами, теоретичне виявлення механізму похо- дження маси субатомних частинок, винахід енергоефективних джерел світу − синіх світлодіодів і відкриття осци- ляцій нейтрино. Бібл. 17, рис. 14. Ключові слова: сучасна фізика, досягнення, прискорене розширення Всесвіту, технології маніпулювання квантовими системами, механізм походження маси субатомних частинок, енергозберігаючі джерела світу, сині світлодіоди, осци- ляції нейтрино. Приведен краткий аналитический обзор выдающихся научных достижений ученых мира, отмеченных Нобелевской премией по физике за период 2011-2015 гг. В число таких достижений вошли открытие ускорения расширения Все- ленной, создание прорывных технологий манипулирования квантовыми системами, теоретическое обнаружение ме- ханизма происхождения массы субатомных частиц, изобретение энергоэффективных источников света − синих светодиодов и открытие нейтринных осцилляций. Библ. 17, рис. 14. Ключевые слова: современная физика, достижения, ускоренное расширение Вселенной, технологии манипулирования квантовыми системами, механизм происхождения массы субатомных частиц, энергосберегающие источники света, синие светодиоды, нейтринные осцилляции. Введение. Физика в завещании известного швед- ского инженера-изобретателя и бизнесмена Альфреда Нобеля (1833-1896 гг.) была упомянута первой из пя- ти областей научных знаний и общественных движе- ний (физика, химия, медицина, литература и борьба за укрепление мира между народами), по которым сле- довало в ближайшем будущем учредить премии за выдающиеся научные исследования, революционные изобретения, крупный вклад в культуру и развитие человеческого общества [1]. Отметим, что первая Но- белевская премия по физике была присуждена немцу Вильгельму Рентгену (1845-1923 гг.) в 1901 г. «за от- крытие Х- лучей (рентгеновских лучей)» [2]. С 1901 г. по 2011 г. Нобелевская премия по физике вручалась 190 ученым мира. При этом 58 раз премия присужда- лась двум или трем исследователям одновременно (по существующему положению в авторском коллективе претендентов на нее должно находиться не более трех ученых) [1]. Американец Джон Бардин (1908-1991 гг.) пока оказался единственным ученым, удостоенным в составе подобной группы ученых Нобелевской пре- мии по физике дважды − в 1956 г. («за исследования полупроводников и открытие транзисторного эф- фекта») и в 1972 г. («за разработку теории сверх- проводимости») [2, 3]. Женщины-ученые становились лауреатами Нобелевской премии по физике всего лишь дважды − француженка польского происхожде- ния Мария Склодовская-Кюри (1867-1934 гг.) в 1903 г. («за исследование явления радиоактивности») и американка Мария Гепперт-Майер (1906-1972 гг.) в 1963 г. («за создание оболочечной модели ядра») [2]. 1. Открытие ускорения расширения Вселен- ной. Лауреатами Нобелевской премии по физике в 2011 г. стали американцы Сол Перлмуттер (рис. 1), Адам Рисс (рис. 2) и Брайан Шмидт (рис. 3) «за от- крытие ускорения расширения Вселенной путем на- блюдения далеких сверхновых» [1]. Их фундаменталь- ный вывод об ускоренном расширении Вселенной со временем был получен в ходе очень тонких и акку- ратных наблюдений сверхновых звезд, проводимых С. Перлмуттером из Калифорнийского университета (г. Беркли, США), А. Риссом из Научного института космического телескопа (г. Балтимор, США) и Б. Шмидтом из известной обсерватории Маунт-Стромло при Австралийском национальном университете [1]. Рис. 1. Выдающийся американский физик-астроном Сол Перлмуттер (Saul Perlmutter, 1959 г. рождения), лауреат Нобелевской премии по физике за 2011 г. Свои многолетние астрономические наблюдения С. Перлмуттер, А. Рисс и Б. Шмидт осуществляли с использованием исключительно сверхновых звезд типа Ia, расположенных в далеких галактиках нашей Вселенной. Для указанных наблюдений ими исполь- зовались несколько больших телескопов, в том числе 3,6-метровый телескоп типа NTT (New Technology Telescope) и 8,2-метровый телескоп типа VLT из все- мирно известной южноамериканской обсерватории Ла Силья (ESO, Чили) [1]. На рис. 4 приведена серия фотографий сверхновой звезды 1995К, сделанных рассматриваемыми лауреатами 3 апреля 1995 г. при помощи 3,6-метрового телескопа NTT [1]. На основе анализа подобных снимков ими и было сделано науч- ное открытие, удостоенное столь высокой награды. 4 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №4 Рис. 2. Выдающийся американский физик-астроном Адам Г. Рисс (Adam G. Riess, 1969 г. рождения), лауреат Нобелевской премии по физике за 2011 г. Рис. 3. Выдающийся австралийско-американский физик- астроном Брайан П. Шмидт (Brian P. Schmidt, 1967 г. рождения), лауреат Нобелевской премии по физике за 2011 г. Рис. 4. Серия астрономических фотоизображений очень далекой сверхновой звезды в нашей Вселенной, имеющей международный регистрационный номер 1995К [1] Считается, что ускоренное расширение Вселен- ной обусловлено наличием в ней «темной» энергии («черных дыр») [1, 4]. Происхождение этой энергии в космическом пространстве и ее природа для уче- ных остаются пока глубоко загадочными феномена- ми. В научном мире принято считать, что данное открытие, совершенное физиками-астрономами, од- но из немногих в последнее время по-настоящему больших научных открытий в физике и астрономии [1]. Оно для человечества может иметь серьезное мировоззренческое значение. Здесь нам следует за- метить, что ранее совершенное на основе астроно- мических наблюдений известным американским ученым-астрономом Эдвином Пауэллом Хабблом (1889-1953 гг.) фундаментальное открытие о расши- рения Вселенной осталось практически вне «поля зрения» Нобелевского комитета при Шведской Ко- ролевской академии наук [1]. Интересным фактом является то, Э.П. Хаббл в свое время возглавлял движение многочисленных ученых за установление Нобелевской премии по астрономии. Надо сказать, что особых успехов данное движение не имело, но оно, видимо, все-таки повлияло определенным обра- зом на членов Нобелевского комитета, принявших все же решение о том, что астрономы мира могут получать Нобелевские премии по физике [1, 2]. Напомним, что за 111 лет вручения Нобелевских премий (за период 1901-2011 гг.) ученые-астрономы 11 раз были удостоены этой престижной награды [1]. 2. Открытие способа измерения микрочастиц и квантовых систем без их разрушения. Лауреата- ми Нобелевской премии по физике за 2012 г. стали работающие в области квантовой физики француз Серж Арош (рис. 5) и американец Дэвид Вайнленд (рис. 6) «за передовые открытия эксперименталь- ных методов, которые позволяют измерять индиви- дуальные квантовые системы» [5]. С. Арош и Д. Вайнленд заложили научную основу для нового поколения экспериментов в квантовой физике, кото- рые позволяют «напрямую наблюдать индивидуаль- ные квантовые частицы, не уничтожая их». С. Арош и Д. Вайнленд проводили свои квантовые экспери- менты независимо друг от друга. Этим ученым уда- лось разработать оригинальные физико-технические решения для манипулирования отдельными кванто- выми микрочастицами без разрушения их квантово- механической природы. Многие физики- экспериментаторы полагали, что подобные исследо- вания просто невозможны. Американский физик ис- пользовал метод ионных «ловушек», манипулируя ионами с помощью квазичастиц-фотонов (квантов электромагнитного поля или света, не имеющих массу покоя [6]). Его французский коллега, напро- тив, измерял кванты света, направляя поток атомов вещества через фотонную «ловушку» [5]. Д. Вайнлэнд научил специалистов улавливать микрочастицы, которые несут электрический заряд (например, атомы и ионы), а также контролировать и измерять их состояние при помощи квантов света [5]. ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №4 5 Рис. 5. Выдающийся французский физик-экспериментатор Серж Арош (Serge Haroche, 1944 г. рождения), лауреат Нобелевской премии по физике за 2012 г. Рис. 6. Выдающийся американский физик-экспериментатор Дэвид Дж. Вайнлэнд (David J. Wineland, 1944 г. рождения), лауреат Нобелевской премии по физике за 2012 г. С. Арош разработал противоположный научный подход, который позволяет разобраться в физических чудесах квантового мира. Он придумал способ кон- троля и измерения свойств «пойманных» фотонов при помощи засланных в «ловушку» атомов [5]. При этом С. Арош и его коллеги в своих опытах использовали «ридберговские» атомы, которые больше обычных атомов вещества примерно в тысячу раз [6]. Они от- правляли их в фотонную «ловушку» со строго опре- деленной скоростью, заставляя контактировать такие атомы с присутствующими там микроволновыми фо- тонами (квантами света). Из-за данного взаимодейст- вия квантовое энергетическое состояние самих «рид- берговских» атомов, названных в честь известного шведского физика Й.Р. Ридберга (1854-1919 гг.) [2, 7], при этом изменялось. Измерение состояния данных атомов происходило на выходе из указанной «ловуш- ки». В итоге физики получали информацию о «пой- манных» в «ловушку» фотонах, не разрушая их. Как все, на первый взгляд, просто! А за этой кажущейся простотой кроется многолетний кропотливый труд многих ученых-физиков, связанный с высокоточными измерениями на атомарном уровне. Описанный спо- соб, как выяснилось, можно использовать и для под- счета количества фотонов, оказавшихся в «ловушке». Впоследствии физики-лауреаты, основываясь на этих достижениях, научились отслеживать изменения квантового состояния отдельного фотона в реальном времени [5, 8]. Благодаря их исследованиям появи- лась возможность создания в будущем сверхвысоко- точных часов и супербыстродействующих квантовых компьютеров. В случае создания в обозримом буду- щем квантового компьютера с большим объемом ку- битов информации его вычислительная мощность ожидается поистине громадной, что приведет к на- стоящему информационно-технологическому проры- ву в мире. 3. Теоретическое обнаружение механизма про- исхождения массы субатомных частиц. Нобелев- ская премия по физике за 2013 г. была присуждена двум физикам-теоретикам − бельгийцу Франсуа Энг- леру (рис. 7) и британцу Питеру Хиггсу (рис. 8) [9]. Рис. 7. Выдающийся бельгийский физик-теоретик Франсуа Энглер (Francois Englert, 1932 г. рождения), лауреат Нобелевской премии по физике за 2013 г. Этой премии Ф. Энгер и П. Хиггс были удостое- ны «за теоретическое обнаружение механизма, ко- торый помогает понять происхождение массы суб- атомных частиц, подтверждённого в последнее вре- мя обнаружением предсказанной элементарной час- тицы в экспериментах на детекторах ATLAS и CMS Большого адронного коллайдера в CERN» [9]. Важно подчеркнуть то, что указанные физики эту престиж- ную и высокооплачиваемую (1,2 млн. долларов США на двоих [5]) премию получили не за предсказание «хиггсовского» бозона, экспериментально открытого в 2012 г. на самой крупной ускорительной электрофи- зической установке мира − Large Hadron Collider (LHC) в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН), расположенном под г. Женевой (Швейцария) [3], а за сам «хиггсовский» механизм, «отголоском» которого «хиггсовский» бозон и является. История построения теорий слабых и сильных взаимодействий микрочастиц в области физики элементарных частиц и физики высоких энергий достаточно сложна, требу- ет специального рассмотрения и для нас сейчас особо не интересна. Безусловно, она интересна в части на- учного приоритета для не одного десятка физиков- теоретиков, приложивших свою голову и руки к соз- данию подобных теорий и разработке «хиггсовского» механизма (например, для Р. Браута, Чж. Янга, Р. Миллса, Г. Гуральника, К. Хагена Т. Киббла и др.) [9]. 6 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №4 Рис. 8. Выдающийся английский физик-теоретик Питер Хиггс (Peter Higgs, 1929 г. рождения), лауреат Нобелевской премии по физике за 2013 г. Роль бозона, впервые упомянутого в явном виде (в виде новой массивной бесспиновой частицы) в тео- ретической работе П. Хиггса (1964 г.), как удобного для экспериментального наблюдения «отголоска» рассматриваемого механизма взаимодействия в мик- ромире была по-настоящему осознана физиками толь- ко в 1970-е годы [9]. Вот к нему (этому бозону), а также к самому механизму взаимодействия элемен- тарных частиц навсегда и пристал удобный и краткий, но не вполне справедливый эпитет «хиггсовский». Именно после того, как была построена теория элек- трослабых взаимодействий, которая опиралась, среди прочего, на этот механизм, а также после того как было показано, что эта теория перенормируема (само- согласованна и годится для расчетов) и возник массо- вый интерес среди физиков к свойствам и к поиску бозона Хиггса [9]. Физики-теоретики принялись рассчитывать про- цессы рождения и распада этого бозона, а физики- экспериментаторы стали искать его в продуктах ядер- ных реакций на всех крупнейших коллайдерах мира (например, в Европе на электронно-позитронном ус- корителе LEP с энергией до 104 ГэВ в ЦЕРН и в США на гигантском протонно-антипротонном ускорителе «Тэватрон» с энергией до 1 ТэВ в Национальной ла- боратории ядерных исследований им. Э. Ферми [3]). Шли годы наблюдений, а требуемого бозона никто не находил. Подавляющее большинство ведущих физи- ков мира на основе накопленных научных данных к началу 21-го столетия убедили себя в том, что бозон Хиггса должен существовать. Им не хватало послед- него штриха − прямого открытия «хиггсовского» бо- зона в эксперименте. И вот на сверхмощном протон- ном коллайдере LHC в ЦЕРН, реально запущенном в работу в 2009 г., бозон Хиггса в 2012 г. был экспери- ментально обнаружен. Произошло это важное науч- ное событие практически спустя 50 лет после теоре- тического открытия этой элементарной частицы [9]. В чем же суть «хиггсовскго» механизма и за что в микромире отвечает «хиггсовский» бозон? Согласно [9] в основе «хиггсовского» механизма для релятивист- ских теорий взаимодействия элементарных частиц ле- жит идея о том, что при «контакте» безмассовой ска- лярной частицы с безмассовым переносчиком взаимо- действия рождается частица-переносчик с массой (не- кий неизвестный массивный бозон). Для приближения к исторической правде в вопросе рождения в физике элементарных частиц этой идеи, сформулированной П. Хиггсом лишь в 1964 г., заметим, что в 1963 г. известный американский физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1936 г. («за открытие в космиче- ских лучах позитрона» [2]) Карл Андерсон (1905-1991 гг.), опубликовал подобную идею применительно к нерелятивистской теории взаимодействия микрочастиц [9]. Поэтому автором указанной выше научной идеи, которая легла в дальнейшем в базис «хиггсовского» механизма взаимодействия частиц, наверное, следова- ло бы считать физика из США К. Андерсона. Что касается возможной отвественности для не- искушенного читателя «хиггсовского» бозона за мас- су всех частиц нашей Вселенной, то здесь сразу сле- дует однозначно сказать то, что никому и ничему в природе массу этот бозон не дает [9]. Оказывается, что массу частицам дает «хиггсовское» поле. «Хигг- совский» бозон является лишь микроскопической «рябью» и своеобразным энергетическим возмущени- ем этого «хиггсовского» поля [9]. Кроме того, «хигг- совское» поле дает массу только электронам, мюонам и некоторым другим тяжелым частицам [6, 9]. Массу протонов и нейтронов, входящих в состав ядер всех химических элементов из периодической системы элементов Д.И. Менделеева [3, 6] и определяющих их массовые числа А и соответственно до 99 % массу любого вещества, определяют совершенно иные фи- зические механизмы [9]. В этой связи «хиггсовское» поле отвечает примерно за 1 % массы окружающего нас вещества [9]. «Черные дыры», присутствующие в космосе, а также неоткрытые пока людьми частицы «темной» материи [4] и, возможно, нейтрино получа- ют свою массу тоже за счет иных физических источ- ников [9]. На сегодня в физике элементарных частиц на общечеловеческом уровне общения между учены- ми принято считать, что «хиггсовский» бозон − ни- что, а «хиггсовское» поле − все [9]. Получить и ис- следовать это поле без рассматриваемого нами бозона пока невозможно. Поэтому «хиггсовский» бозон дол- жен помочь человечеству узнать свойства и происхо- ждение «хиггсовского» поля. А для этого необходимы многочисленные эксперименты на Большом адронном коллайдере LHC, сопровождающиеся рождением и распадом бозона Хиггса. Статистическая обработка полученных при этих процессах результатов должна «пролить» свет на его природу и природу «хиггсов- ского» поля. В настоящее время физики считают, что «хиггсовское» поле не порождает гравитацию, свя- занную с полной энергией физического тела. «Хигг- совское» поле может переводить часть энергии физи- ческого тела в энергию покоя (в его массу). Однако, на гравитационное взаимодействие тел оно влияния не оказывает [9]. 4. Изобретение синих светодиодов − энерго- сберегающих источников света. В 2014 г. Нобелев- скую премию по физике «за создание нового энерго- эффективного и экологически чистого источника света − синих светодиодов» получили три японских физика-экспериментатора: Исаму Акасаки (рис. 9), ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №4 7 Хироси Амано (рис. 10) и Сюдзи Накамура (рис. 11) [10-13]. Заметим, что до 1990 г. мировые производи- тели светодиодов могли выпускать лишь красные, желтые и зеленые диоды. Известно, что только ком- бинация синего, зеленого и красного цветов способна давать чистый белый цвет. Поэтому актуальной про- блемой в физике и технике полупроводников для ве- дущих мировых производителей светодиодных изде- лий оставалась та, которая была связана с изобрете- нием светодиодов, дающих яркий синий цвет [10]. Рис. 9. Выдающийся японский физик-экспериментатор Исаму Акасаки (Isamu Akasaki, 1929 г. рождения), лауреат Нобелевской премии по физике за 2014 г. Рис. 10. Выдающийся японский физик-экспериментатор Хироси Амано (Hiroshi Amano, 1960 г. рождения), лауреат Нобелевской премии по физике за 2014 г. Рис. 11. Выдающийся японский физик-экспериментатор Сюдзи Накамура (Shuji Nakamura, 1954 г. рождения), лауреат Нобелевской премии по физике за 2014 г. Фундаментальные и прикладные физико- технические исследования И. Акасаки, Х. Амано и С. Накамура показали, что одним из перспективных полупроводниковых соединений, на основе которого возможно создание таких излучателей света, может быть нитрид галлия GaN [10-13]. Вначале 1990-х го- дов указанными японскими физиками на основе нит- рида галлия GaN были созданы как двухслойные, так и многослойные гетероструктуры с p-n-переходами проводимости, обеспечивающие создание и промыш- ленный выпуск светодиодов синего свечения [10-13]. Это научно-техническое событие явилось большим прорывом в области мировых световых технологий. В 1993 г. корпорации Nichia Chemical Industries (NCI) (г. Токусима, Япония) первой в мире удалось начать индустриальный выпуск синих светодиодов [10]. Эти светодиоды сделали возможным изготовле- ние новых энергосберегающих источников белого цвета. Изобретение И. Акасаки, Х. Амано и С. Нака- мурой синих светодиодов, необходимых для получе- ния в светодиодных устройствах всех оттенков свето- вой гаммы, явилось настоящей технической револю- цией для наружных светодиодных видеоэкранов [10]. С. Накамура прославился не только изобретени- ем синих светодиодов повышенной яркости, но и вы- игрышем в 2005 г. у корпорации NCI судебного иска на выплату ему вознаграждения по результатам вне- дрения его патентов на сумму около 9 млн. долларов США (крупнейший для ученых японский бонус!) [13]. 5. Открытие нейтринных осцилляций. Нобе- левская премия по физике за 2015 г. была присуждена двум физикам-экспериментаторам: канадцу Артуру Брюсу Макдональду (рис. 12) и японцу Такааки Кад- зита (рис. 13) «за открытие нейтринных осцилляций, показывающее, что нейтрино имеют массу» [14]. Данные ученые возглавляли две ведущие научные группы SNO (Sudbury Neutrino Observatory, Канада) и Super-Kamiokande (Япония), занимающиеся изучени- ем самых легчайших, загадочных и трудноуловимых измерительными приборами-детекторами элементар- ных частиц − нейтрино [6, 7]. Эти частицы, чрезвы- чайно слабо взаимодействующие с веществом, отно- сятся к лептонам [6]. Они возникают при бета- распадах атомных ядер и распадах элементарных час- тиц и характеризуются спином Sv=±1/2 [6, 7]. Их из- мерения показали, что нейтрино бывают трех сортов: электронное νe, мюонное νμ и тау-нейтрино ντ [6, 14]. Рис. 12. Выдающийся канадский физик-экспериментатор Артур Брюс Макдональд (Arthur Bruce McDonald, 1943 г. рождения), лауреат Нобелевской премии за 2015 г. 8 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №4 Рис. 13. Выдающийся японский физик-экспериментатор Такааки Кадзита (Takaaki Kajita, 1959 г. рождения), лауреат Нобелевской премии за 2015 г. Причем, эти три сорта нейтрино не обособлены друг от друга в микромире и соответственно в макро- мире. Они способны взаимно осциллировать − само- произвольно превращаться «на лету» друг в друга. Именно за доказательство реальности этого физическо- го эффекта (нейтринных осцилляций) и была вручена указанным ученым-физикам Нобелевская премия за минувший год. Экспериментальная демонстрация по- добного факта в области физики элементарных частиц и измерение параметров нейтринных осцилляций с использованием космических лучей способствовали активному развитию нейтринной физики и прогрессу в этой научной области наших знаний. Взаимные пре- вращения нейтрино в атмосфере Земли (рис. 14) из-за их очень маленьких масс на расстояниях в единицы (десятки) километров − чисто квантовый эффект [14, 15]. Заметим, что основными вехами в области ней- тринной физики до рассматриваемых нами работ А.Б. Макдональда и Т. Кадзиты стали [2, 14]: достижения, удостоенные Нобелевских премий по физике за 1988 г. («за открытие мюонных нейтрино»), за 1995 г. («за открытие электронных нейтрино») и за 2002 г. («за открытие солнечных нейтрино»). Несмотря на это, до открытия А.Б. Макдональда и Т. Кадзиты ученым- физикам ни массы нейтрино, ни их осцилляционные параметры известны не были [2]. На рис. 14 в схематическом виде показаны про- цессы «рождения» при прохождении высокоэнергети- ческих космических лучей (в основном, потока про- тонов p) сквозь земную атмосферу пи-мезонов (π), мюонов (μ), электронов (e), мюонных vμ и электрон- ных ve нейтрино, измеряемых глубоко расположен- ными под землей в шахтах детекторами (detector) [14]. В ходе измерений было установлено, что после про- текания ряда приведенных на рис. 14 распадов до Земли долетают нейтрино в соотношении vμ/ve≈1,2/1. Оценочные расчетные данные, выполненные фи- зиками-теоретиками в 1991 г., говорили о том, что для приведенного соотношения мюонных vμ и электрон- ных ve нейтрино должно численно выполняться ра- венство вида vμ/ve≈2/1 [14-16]. Рис. 14. Схематическое изображение процессов «рождения» мюонных и электронных нейтрино в атмосфере Земли [12] Причина выявленных расхождений в соотноше- нии vμ/ve для физиков была на тот момент неизвестной и непонятной. В 1998 г. на международной конферен- ции по астрофизике Т. Кадзитой от имени коллабора- ции японских ученых Super-Kamiokande был сделан доклад, из результатов которого вытекало, что в под- земные нейтринные детекторы сверху (от ближайшей земной поверхности) и снизу (от удаленной противо- положной земной поверхности) Земли прилетают су- щественно различные количества мюонных нейтрино vμ. Нейтринный детектор Super-Kamiokande представ- лял собой большую подземную цистерну, расположен- ную в старой шахте внутри горы и заполненную сверх- чистой обычной водой [16]. Внутренние стенки детек- тора сплошь были покрыты чувствительными фотоум- ножителями, которые регистрировали световые вспышки от ядерных событий, протекающих внутри его рабочего вещества-воды. Энергетическое космиче- ское нейтрино (с энергией порядка 100 МэВ) электрон- ного или мюонного сорта, сталкиваясь с атомным ядром воды, превращается в электрон e или мюон μ, который летит вперед с большой скоростью и излучает свет за счет эффекта Вавилова-Черенкова [6, 14-16]. Благодаря этому, нейтринный детектор Super- Kamiokande не только обнаруживал бомбардирующее его нейтрино, но и определял их сорт, энергию и на- правление прилета к Земле. Напомним, что вещество нашей планеты для нейтрино является практически полностью «прозрачным» [14]. Поэтому на основании полученных опытных данных японскими физиками был сделан важный вывод о том, что на своем тысяче- километровом пути сквозь твердую кору, полужидкую мантию и жидкое ядро Земли [17] существенная часть мюонных нейтрино vμ, пронизывающих нашу планету с противоположной месту размещения детекторов сто- роны, смогли превратиться в другие сорта нейтрино [14]. Причем, не в измеряемые детекторами электрон- ные нейтрино ve, а в неизмеряемые ими − тау-нейтрино ντ. Аналогичные результаты в части нейтринных ос- цилляций (применительно к электронным ve, мюонных vμ и тау-нейтрино ντ, идущим от Солнца) в период 2001-2002 гг. были получены коллаборацией канадских ученых SNO с помощью подземных нейтринных де- текторов элементарных частиц, емкости которых были ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2017. №4 9 заполнены тяжелой водой, ядра которой (дейтроны) содержали слабо связанную систему из протона и ней- трона [14, 15]. При энергии воздействующих на детек- торы нейтрино SNO в несколько МэВ дейтроны их тяжелой воды распадались на протоны и нейтроны. По высвечиванию в нейтринных детекторах гамма- квантов, сопровождающих захват ядрами дейтерия образовавшихся нейтронов, физики судили о проте- кающих в них ядерных превращениях. Так физики из коллабораций Super-Kamiokande и SNO получили не- опровержимые экспериментальные доказательства в пользу существования нейтринных осцилляций [14]. Эти опытные результаты подтверждали и справедли- вость разработанной физиками-теоретиками «солнеч- ной модели», описывающей протекающие внутри на- шего светила термоядерные реакции и «рождающиеся» при этом потоки солнечных нейтрино, пронизывающие космическое пространство и планету Земля. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. http://www.biguniverse.ru/posts/nobelevskaya-premiya-po- fizike-2011. 2. Храмов Ю.А. История физики. − Киев: Феникс, 2006. − 1176 с. 3. Баранов М.И. Антология выдающихся достижений в науке и технике: Монография в 2-х томах. Том 1. − Х.: НТМТ, 2011. − 311 с. 4. Баранов М.И. Антология выдающихся достижений в науке и технике: Монография в 2-х томах. Том 2. − Х.: НТМТ, 2013. − 333 с. 5. http://news.21.by/other-news/2012/10/09/635932.html. 6. Кузьмичев В.Е. Законы и формулы физики / Отв. ред. В.К. Тартаковский. − Киев: Наукова думка, 1989. − 864 с. 7. Большой иллюстрированный словарь иностранных слов. – М.: Русские словари, 2004. – 957 с. 8. http://www.newizv.ru/lenta/2012-10-09/171050-francuz-i- amerikanec-stali-laureatami-nobelevskoj-premii-po-fizike.html. 9. http://physiclib.ru/news/item/f00/s04/n0000439/index.shtml. 10. http://rian.com.ua/dossier/20141009/358062370.html. 11. https://ru.wikipedia.org/wiki/Акасаки,_Исаму. 12. https://ru.wikipedia.org/wiki/Амано,_Хироси. 13. https://ru.wikipedia.org/wiki/Накамура,_Сюдзи. 14. http://www.nanometer.ru/2015/10/09/nobelevskaa_premia_ 465746.html. 15. https://ru.wikipedia.org/wiki/Макдональд,_Артур. 16. https://ru.wikipedia.org/wiki/Кадзита,_Такааки. 17. Баранов М.И. Избранные вопросы электрофизики. Том 3: Теория и практика электрофизических задач. − Х.: Изд-во «Точка», 2014. − 400 с. REFERENCES 1. Available at: http://www.biguniverse.ru/posts/nobelevskaya- premiya-po-fizike-2011 (accessed 12 June 2013). (Rus). 2. Khramov Yu.A. Istoriia fiziki [History of Physics]. Kiev, Feniks Publ., 2006. 1176 p. (Rus). 3. Baranov M.I. Antologiia vydaiushchikhsia dostizhenii v nauke i tekhnike: Monografiia v 2-kh tomakh. Tom 1. [An anthology of outstanding achievements in science and technology: Monographs in 2 vols. Vol.1]. Kharkov, NTMT Publ., 2011. 311 p. (Rus). 4. Baranov M.I. Antologiia vydaiushchikhsia dostizhenii v nauke i tekhnike: Monografiia v 2-kh tomakh. Tom 2. [An anthology of outstanding achievements in science and technology: Monographs in 2 vols. Vol.2]. Kharkov, NTMT Publ., 2013. 333 p. (Rus). 5. Available at: http://news.21.by/other- news/2012/10/09/635932.html (accessed 11 May 2013). (Rus). 6. Kuz'michev V.E. Zakony i formuly fiziki [Laws and formulas of physics]. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1989. 864 p. (Rus). 7. Bol'shoj illjustrirovannyj slovar' inostrannyh slov [Large illustrated dictionary of foreign words]. Moscow, Russkie slovari Publ., 2004. 957 p. (Rus). 8. Available at: http://www.newizv.ru/lenta/2012-10- 09/171050-francuz-i-amerikanec-stali-laureatami-nobelevskoj- premii-po-fizike.html (accessed 22 May 2013). (Rus). 9. Available at: http://physiclib.ru/news/item/f00/s04/n0000439/index.shtml (accessed 12 September 2014). (Rus). 10. Available at: http://rian.com.ua/dossier/20141009/358062370.html (accessed 23 March 2013). (Rus). 11. Available at: https://en.wikipedia.org/wiki/Isamu_Akasaki (accessed 10 May 2010). 12. Available at: https://en.wikipedia.org/wiki/Hiroshi_Amano (accessed 10 April 2012). 13. Available at: https://en.wikipedia.org/wiki/Shuji_Nakamura (accessed 11 May 2010). 14. Available at: http://www.nanometer.ru/2015/10/09/nobelevskaa_premia_4657 46.html (accessed 03 October 2013). (Rus). 15. Available at: https://en.wikipedia.org/wiki/Arthur_B._McDonald (accessed 12 January 2013). 16. Available at: https://en.wikipedia.org/wiki/Takaaki_Kajita (accessed 21 July 2012). 17. Baranov M.I. Izbrannye voprosy elektrofiziki. Tom 3: Te- orija i praktika elektrofizicheskih zadach [Selected topics of Electrophysics. Vol. 3: Theory and practice of electrophysics tasks]. Kharkiv, Tochka Publ., 2014. 400 p. (Rus). Поступила (received) 11.02.2016 Баранов Михаил Иванович, д.т.н., гл.н.с., НИПКИ «Молния» Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», 61013, Харьков, ул. Шевченко, 47, тел/phone +38 057 7076841, e-mail: eft@kpi.kharkov.ua M.I. Baranov Scientific-&-Research Planning-&-Design Institute «Molniya» National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 47, Shevchenko Str., Kharkiv, 61013, Ukraine. An anthology of the distinguished achievements in science and technique. Part 39: Nobel Prize Laureates in Physics for 2011-2015. Purpose. Implementation of brief analytical review of the distin- guished scientific achievements of the world scientists-physicists, awarded the Nobel Prize on physics for the period 2011-2015. Methodology. Scientific methods of collection, analysis and ana- lytical treatment of scientific and technical information of world level in area of astrophysics, physics of elementary particles, phys- ics of high energies, of modern theoretical and experimental phys- ics. Results. The brief analytical review of the scientific openings and distinguished achievements of scientists-physicists is resulted in area of modern physical and technical problems which were marked the Nobel Prizes on physics for the period 2011-2015. Originality. Systematization is executed with exposition in the short concentrated form of the known scientific and technical materials, devoted opening of acceleration of expansion of Universe, creation of breach technologies of manipulation the quantum systems, theo- retical discovery of mechanism of origin of mass of under-atomic particles, invention of effective power sources of light − blue light- emitting diodes and opening of neutrino oscillations. Practical value. Popularization and deepening of scientific and technical knowledges for students, engineers and technical specialists and research workers in area of modern theoretical and experimental physics, extending their scientific range of interests and coopera- tion in further development of scientific and technical progress in human society. References 17, figures 14. Key words: modern physics, distinguished achievements, speed-up expansion of Universe, technologies of manipula- tion of the quantum systems, mechanism of origin of the masses of under-atomic particles, energy saving sources of light, blue light-emitting diodes, neutrino oscillations.

Антология выдающихся достижений в науке и технике. Часть 39: Лауреаты Нобелевской премии по физике за 2011-2015 гг.

Репозитарії

Схожі ресурси