С 5 по 10 июля в Лондоне прошла Летняя научная выставка. В этом году ученые работали в три смены на 22 экспозициях, чтобы объяснить всем желающим как устроена вселенная, что такое графен, зачем нужно изучать солнечный ветер и многое другое. T&P сходили на экспозицию и расспросили ученых о происхождении массы, физике графена и магнитосфере Земли.

Несколько лет назад Большой адронный коллайдер был звездой телеэкранов и газет. Общественность придумывала анекдоты и обсуждала в интернете конец света и появления черных дыр в ускорителе. Черная дыра обнаружилась, но не в коллайдере, а в экономике — все стали обсуждать кризис и про ускоритель как-то забыли.

Доктор **Кристина Лацерони** из университета Бирмингем, которая работает на LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment) — одном из четырех основных детекторов на адронном коллайдере, рассказала о происхождении массы и пространственно-временных измерениях.

— Какие вопросы исследуются на вашем участке?

— Многие, в том числе — вопрос диспропорции вещества и антивещества. Мы полагаем, что вещество и антивещество в одинаковом количестве возникли во время рождения Вселенной, при Большом взрыве. Но тогда вещество и антивещество уничтожили бы друг друга, произведя только радиацию. Вся вселенная была бы радиацией и ничем больше. Очевидно, что это не так. Есть планеты, зезды и все остальное, есть мы в конце концов. Должно было что-то произойти, чтобы получилась такая огромная диспропорция между веществом и антивеществом. Мы установили один процесс, который, по нашему мнению, ответственен за дисбаланс — нарушение CP-инвариантности. Это связано с небольшой разницей в поведении частиц и античастиц. Теория дает хорошее объяснение, по сути мы знаем механизм произошедшего. Но этого знания не достаточно, чтобы объяснить вселенную. **— Другой вопрос, над которым бьются ученые — происхождение массы. **
— Мы знаем, что такие частицы, как протоны, электроны, нейтроны имеют массу, но не знаем, откуда она берется. Представим, что есть поле, аналогичное электрическому или магнитному, и это поле (названное полем Хиггса) пронизывает всю вселенную. Тогда масса частицы пропорциональна сопротивлению движения через это поле. По нашему мнению, теоретически предсказанный Хиггсовский бозон — квант поля Хиггса — отвечает за массу элементарных частиц. Мы работаем над тем, чтобы найти Хиггсовский бозон, однако это не единственный способ объяснить откуда берется масса. Просто нам нравится идея — посмотрим что у нас получится. **— Это правда, что пространственно-временных измерений может быть больше чем одно?**
— Немного странно это говорить, но гравитация, по сравнению с остальными, — сила слабая. Гравитация сильна в огромных массах, а на уровне частиц, масса которых ничтожна, гравитация очень слаба. Это делает невозможным на данный момент вписать гравитацию в квантовую теорию, как три остальных фундаментальных взаимодействия. Допустим, что существуют другие измерения — помимо известного нам пространственно-временного континуума. Возможно, что гравитация проявляется так слабо только перед нами, так как мы воспринимаем все в четырех измерениях (три пространственных измерения и одно временное измерение). Гравитация может быть намного сильнее чем мы думаем. Было бы здорово открыть другие измерения.

**— Раз уж мы заговорили о гравитации, какова вероятность появления черных дыр

в адронном коллайдере?**

— Энергия, которая нужна для создания черной дыры, — далеко за пределами возможностей любого ускорителя, построенного с использованием современных технологий. Однако существование дополнительных измерений меняет дело. Если нам удастся создать черную дыру в адронном коллайдере, она будет микроскопической и, как ожидается, испарится почти сразу. Логично предположить, что черная дыра будет признаком существования дополнительных измерений. Чтобы третья планета Солнечной системы стала такой, какая она есть — то есть пригодной для жизни — вместе сошлось множество благоприятных факторов. Было ли это кому-нибудь надо или оно само так получилось, — не известно, но факт остается фактом — планета Земля уникальна. Один из факторов, сделавших ее такой — наличие магнитосферы.
Доктор **Габриэлла Прован** из университета Лестер работает с данными собранными миссией «Кластер», изучает магнитное поле Земли и полярные сияния.

— Что такое магнитосфера Земли?

— Магнитосфера — невидимый магнитный щит, окружающий нашу планету. Магнитное поле земли не останавливается на поверхности планеты, как многие думают, а простирается дальше в космос. Из-за солнечного ветра магнитосфера Земли деформируется и имеет несимметричное строение. С дневной стороны она по форме напоминает снаряд, в то время как с ночной стороны — вытягивается длинным хвостом. Солнечный ветер — постоянный поток заряженных частиц струящийся из Солнца. Магнитосфера защищает нас от радиации солнечных частиц. Без нее жизнь на планете была бы невозможна. **— А остальные планеты Солнечной системы имеют магнитосферу?**
— Не все — например, Марс и Венера не имеют. Юпитер и Сатурн —да, особенно Юпитер имеет большую магнитосферу. Я думаю, Марс имел магнитосферу в прошлом. Однако по каким-то причинам ядро остановилось, охладилось. Мы можем видеть следы магнитного поля в камнях на поверхности. На сегодняшний день магнитное поле у Марса есть, но оно слабое и крайне неустойчивое. **— Чем занимается миссия «Кластер»?**
— «Кластер» — миссия Европейского космического агентства, изучающая магнитную среду Земли и ее взаимодействие с солнечным ветром.

— «Кластер» состоит из четырех спутников. Почему не достаточно одного?

— Один спутник собирает информацию в одной отдельно взятой точке. Чтобы ответить на интересующие нас вопросы, нам необходимо трехмерное исследование магнитосферы. Простейшая трехмерная фигура — тетраэдр. Для четырех вершин тетраэдра — четыре спутника. Еще одно преимущство в этой системе спутников — это то, что мы можем двигать их как по-отдельности, так и все вместе. Если нам нужен большой охват для наблюдений, мы посылаем один спутник наблюдать за солнцем, а другой — в хвост магнитосферы.
В 2010 году Нобелевскую премию по физике получили Андрей Гейм и Константин Новоселов — ученые из Манчестерского университета. Премия была присуждена за новаторские эксперименты с графеном. Чем графен отличается от графита, рассказал доктор **Аравинд Виджаярагхаван** из университета Манчестера.

— Что такое графен?

— Углерод один из элементов, который встречается во множестве разных форм. Например, графит — стержень карандаша — тоже является разновидностью углерода. Графит состоит из плоских слоев атомов углерода и имеет миллионы слоев, которые расположены точно один под другим. Графен — один из таких

слоев, то есть один слой атомов углерода. Если вы представите графит колодой

карт, то графен — одна из них.

— Почему графен — такой прочный материал?

— В графите связь между атомными плоскостями слабая, мы это наблюдаем, рисуя карандашом на бумаге. Связь между атомами внутри одной плоскости

очень сильная. Это и есть причина прочности графена.

— Получится ли опять графит, если сложить вместе несколько слоев графена?

— Нет, в большинстве случаев этого не произойдет. Чтобы получить графит, нужно уложить слои графена друг на друга определенным образом, так, чтобы

атомы одного слоя были точно над атомами другого слоя. Это сложно сделать

искусственным образом, гораздо проще взять природный графит.

— Графен — двумерный материал, что это значит?

Каждый год Лондонское королевское общество по развитию знаний о природе организует событие, посвященное новинкам науки и техники. Приглашенные доктора наук из университетов Манчестера, Оксфорда, Лестера, Бирмингема и других серьезных заведений доступным языком рассказывают о своих последних исследованиях. Королевское общество было основано в 1660 членами Незримой Коллегии — людьми свободными от политических и религиозных предрассудков, верившими только фактам, доказанными экспериментальным путем.

— Мы воспринимаем мир вокруг нас в трех измерениях — это означает мы можем двигаться вперед-назад, вправо-влево, вверх-вниз. Если вы представите

электроны в графене — они могут двигаться только в двух измерениях — вперед-

назад, влево-вправо, то есть в плоскости. Сами атомы имеют небольшую толщину,

когда мы видим графен, он не совсем двумерный. Но электроны в графене видят

только два измерения. Поэтому мы называем графен двумерным материалом.

— Какие перспективы в использовании графена?

— В университете Манчестера мы работаем над композитными материалами, сделанными с использованием графена. Композитные материалы имеют два компонента — матрицу и включенные в нее элементы. Эти элементы и добавляют

свойства матрице. Композитный материал с графеном — очень прочный, легкий,

хорошо проводящий ток материал.

На основе графена создаются газовые сенсоры, которые способны уловить даже

одну молекулу газа. Это максимально возможная чувствительность. Преимущества графена перед кремнием очевидны, поэтому в компании IBM работают над тем чтобы заменить в компьютерных чипах кремний на графен. Если вы сделаете транзистор с графеном, он будет работать быстрее, не будет сильно нагреваться и будет использовать меньше энергии.

— Что на ваш взгляд делает графен таким важным открытием?

— Наиболее захватывающее свойство графена — это его двумерность. До этого мы просто не знали двумерных материалов. Интресно, что электрон в

пределах графена ведет себя так, как будто он не имеет массы. То есть ведет себя

почти как фотон, с той лишь разницей, что движется в 300 раз медленней и имеет

ненулевой заряд. Физика графена сильно отличаются от всего, что мы знали до

сих пор.