В 2015 году о достижениях ученых СПбГУ в области физики и химии рассказали журналы Science, Nature и другие реферируемые издания с мировым именем.
Прощальный подарок от MESSENGER
Перед тем, как зонд MESSENGER разбился о поверхность Меркурия в апреле 2015, аппарат позволил ученым открыть одну из тайн ближайшей к Солнцу планеты. Международная группа исследователей с участием доцента кафедры физики Земли СПбГУ Николая Цыганенко установила возраст магнитного поля Меркурия. Его первые следы ученые зафиксировали в вулканических породах, изверженных около 3,9 миллиарда лет назад и с тех пор сохранивших в себе намагниченность. Установив, что Меркурий, как и Земля, приобрел собственное магнитное поле на самых ранних стадиях своего формирования, исследователи сделали новый шаг в изучении истории возникновения Солнечной системы.
Подробнее читайте в статье Low-altitude Magnetic Field Measurements by MESSENGER Reveal Mercury's Ancient Crustal Field («Низковысотные измерения магнитного поля аппаратом MESSENGER позволили обнаружить древнее поле коры Меркурия»), Science, 22 мая, 2015 года.
Из жизни наночастиц
Руководитель сектора экспериментальных исследований аэродисперсных систем кафедры физики атмосферы СПбГУ Евгений Михайлов совместно с коллегами из Германии описал и рассчитал экспериментальные особенности фазовых переходов наночастиц из одного состояния в другое. Ученые доказали: наночастицы могут переходить в жидкое состояние не только вследствие роста температуры и влажности, но и при уменьшении их размера. «Результаты этой работы имеют большое значение как для исследователей, работающих в области физики атмосферы, так и для специалистов, занимающихся биомедициной и материаловедением, — пояснил Евгений Михайлов. — Например, полученные данные могут быть использованы для контроля растворимости лекарственных препаратов или реакционных компонентов при синтезе наночастиц для медицинских или технических целей».
Подробная информация о результатах исследования — в статье Size Dependence of Phase Transitions in Aerosol Nanoparticles («Твердое или жидкое состояние: размер наночастиц как индикатор их фазового состояния»), Nature Communications, 14 января 2015 года.
Эксперимент с ионами кальция в ловушке
Ученые из Японии, США и России провели экспериментальное и теоретическое исследование, в результате которого изотропия скорости света (независимость ее величины от направления в пространстве) была подтверждена на принципиально новом уровне с использованием микроскопических квантовых объектов. В состав группы исследователей вошел профессор кафедры квантовой механики СПбГУ Илья Тупицын.
Ученые использовали ионы кальция, которые находились в электромагнитной ловушке во внешнем вертикальном магнитном поле, менявшем свою ориентацию по мере вращения Земли. При этом точность измерений примерно в сто раз превысила предыдущие опыты с электронами и в пять раз — эксперименты типа Майкельсона — Морли, проводимые со светом. Исследование продемонстрировало новую возможность для проведения высокоточных экспериментов по проверке лоренцевой симметрии с использованием квантово-информационной техники.
О деталях эксперимента читайте в статье Michelson-Morley Analogue for Electrons Using Trapped Ions to Test Lorentz Symmetry («Проверка лоренцевой симметрии в эксперименте типа Майкельсона — Морли для электронов с использованием ионов, захваченных ловушкой»), Nature, 29 января 2015 года.
Кюветы из СПбГУ — в помощь экспериментаторам в области квантовой оптики
В апреле 2015 года в журнале Nature Physics была опубликована статья Generation of a Squeezed State of an Oscillator by Stroboscopic Back-action-evading Measurement («Получение сжатого состояния осциллятора методом стробоскопического исключения обратного действия»). Для проведения исследования, описанного в публикации, было разработано специальное оборудование. В течение трех лет доцент кафедры общей физики СПбГУ Михаил Балабас во взаимодействии с коллективом Центра квантовой оптики при Институте Нильса Бора (Копенгагенский университет, Дания) создавал уникальную микрокювету с пара´ми атомов щелочных металлов. Именно такая кювета с антирелаксационным покрытием была использована в ходе исследования в области квантовой телепортации.
Карбид кальция — дешево и безопасно
Руководитель лаборатории кластерного анализа СПбГУ Валентин Анаников и постдок Санкт-Петербургского университета Константин Родыгин поделились с научным сообществом результатами исследований химических приложений карбида кальция. В основу работы была положена идея переноса классической ацетиленовой химии на «предшественника» ацетилена в промышленности и лаборатории. Метод, предложенный исследователями из СПбГУ, позволяет осуществить синтез тиоэфиров напрямую из карбида кальция без выделения и хранения газообразного ацетилена.
«На первом этапе реакции выделяется ацетилен из карбида кальция и воды, а на втором этапе к ацетилену присоединяется молекула тиола, — пояснил Константин Родыгин. — Оба процесса протекают в одной колбе и не требуют сложного лабораторного оборудования». Применение карбида кальция не только принципиально упрощает и удешевляет процедуру синтеза, но и позволяет избежать проблем, связанных с транспортировкой, хранением, использованием взрывоопасного ацетилена. Таким образом, ученые СПбГУ на конкретном примере показали, что из дешевого и легкодоступного сырья можно синтезировать ценные продукты, востребованные в материаловедении и органическом синтезе.
О своем открытии исследователи рассказали в статье Efficient Metal-Free Pathway to Vinyl Thioesters with Calcium Carbide as the Acetylene Source («Эффективный некаталический путь к виниловым тиоэфирам через карбид кальция в качестве источника ацетилена»), Green Chemistry, 4 августа 2015 года.