Электризация при контакте — это результат передачи электрического заряда между поверхностями. Она тесно связана со статическим электричеством и до сих пор плохо изучена. Феликс Пертл из Института науки и технологий Австрии и его коллеги выяснили, почему так происходит: динамика заряда слишком быстрая, и некоторые предыдущие исследования не имеют смысла [1].
Для картирования заряда на электризованных при контакте поверхностях исследователи используют Кельвин-зондовую силовую микроскопию (КПЗМ). Этот метод включает в себя перемещение наконечника по поверхности без касания её и измерение потенциала поверхности в каждой точке.
Пертл и его коллеги начали свой эксперимент с получения изображений с помощью КПЗМ на полимерной плёнке площадью один квадратный сантиметр. Затем они переместили плёнку из-под микроскопа под привод, который зарядил поверхность, ненадолго прижав к ней полимерную плёнку. Наконец, они вернули заряженный образец в исходное положение и повторно сняли его изображение — всё это заняло 60 секунд. Такая рекордно высокая скорость переключения была критически важна.
Данные команды также показали, что нанесённый заряд был в основном равномерным по поверхности и что рассеяние заряда полностью зависит от электрической проводимости материала. Модели и эксперименты с использованием различных материалов подтвердили идею о том, что чем лучше изолятор, тем медленнее рассеивается заряд.
Пертл говорит, что результаты ставят под сомнение достоверность статических исследований переноса заряда с помощью КПЗМ на всех материалах, кроме лучших электрических изоляторов. Ранее наблюдаемая неоднородность поверхности, вероятно, была не особенностью статического электричества, как утверждалось, а артефактом неспособности визуализировать заряд до того, как он покинет поверхность.
Рэйчел Берковиц — ответственный редактор журнала Physics Magazine в Ванкувере, Канада.
Галактики могут быть организованы предпочтительно слева направо
Возможно, галактики организованы предпочтительно слева направо. Возможные намёки на такое «нарушение чётности» были найдены в том, как галактики группируются вместе. В новом исследовании Джунсуп Шим из Института астрономии и астрофизики Academia Sinica на Тайване и его коллеги изучают, может ли подобный сигнал быть заметен в том, как галактики вращаются [1].
Исследователи предсказывают, что карты вращения галактик могут демонстрировать паттерн, нарушающий чётность, достаточно сильный, чтобы его можно было обнаружить в предстоящих обзорах галактик.
Большинство физических процессов не зависят от чётности, но нарушение чётности действительно происходит в природе. Например, слабые взаимодействия различают лево- и правосторонние частицы. Некоторые космологические модели предсказывают, что нарушение чётности возникло в начальном распределении материи после ранней эпохи расширения, или «инфляции».
Потенциальный реликт этой первичной чётности был недавно обнаружен в статистике групп из четырёх галактик — в частности, в том, как четыре галактики расположены относительно друг друга [2, 3].
Другой сигнал нарушения чётности может скрываться в данных о галактиках, считают Шим и его коллеги. Исследователи провели моделирование вселенной, засеянной нарушением чётности в её раннем, догалактическом распределении материи. Когда эта смоделированная материя сконденсировалась в галактики, команда обнаружила, что нарушение чётности оставило след на их вращении.
Предлагаемый сигнал будет проявляться в сложных по часовой стрелке и против часовой стрелки паттернах, извлечённых из карт вращения галактик. Исследователи показывают, что этот сигнал потенциально может быть обнаружен экспериментом по изучению тёмной энергии (DESI), который должен предоставить данные о вращении более чем 10 миллионов близлежащих галактик.
Майкл Ширбер — ответственный редактор журнала Physics Magazine в Лионе, Франция.
Использование технологии виски-перегонного куба для улучшения поиска тёмной материи
Исследователи используют технологию виски-перегонного куба, чтобы значительно улучшить поиск тёмной материи. В рамках сотрудничества XENONnT искали признаки тёмной материи в резервуаре, содержащем 6 метрических тонн жидкого ксенона.
Наиболее значимые события, имитирующие тёмную материю (фон), происходят из-за распадов крошечных количеств радиоактивного радона. Используя систему, подобную виски-перегонному кубу, команда настолько уменьшила количество радона, что его эффект стал сопоставим с эффектом солнечных нейтрино — следующим по значимости источником фоновых событий, которого невозможно избежать [1].
Исследователи ожидают, что эта технология очистки станет незаменимой для следующего поколения поисков тёмной материи. Такое низкое содержание радона может также означать конец эпохи быстрого повышения чувствительности.
Большинство примесей нужно удалить только один раз, но радон, который содержится почти в каждом материале, является газом, атомы которого рождаются при энергичных радиоактивных распадах. Поэтому радон выделяется с каждой поверхности эксперимента XENONnT и постоянно поступает в жидкий ксенон.
Сотрудничество разработало систему, которая непрерывно прокачивает ксенон через несколько стадий криогенной дистилляции. Более летучий ксенон удаляется с верхней части конструкции, в то время как менее летучий радон собирается внизу. Концепция аналогична концепции виски-перегонного куба, который отделяет алкоголь от воды.
За XENONnT последует обсерватория нового поколения — XLZD, в которой также будет использоваться технология дистилляции. Исследователи ожидают, что фон радона в XLZD будет в десять раз меньше, чем у солнечных нейтрино, которые невозможно уменьшить с помощью экранирования.
«После этого дальнейшее снижение содержания радона на самом деле не поможет, и улучшение поиска тёмной материи будет более сложным», — говорит член команды XENONnT Кристиан Вайнхаймер из Мюнстерского университета в Германии.
Дэвид Эренштейн — старший редактор журнала Physics Magazine.
[1] — ссылка на источник.
[2] — ссылка на источник.
[3] — ссылка на источник.