Rok 2019 znovu zvýraznil rozdíl ve vývoji jaderné energetiky v Rusku a Číně na jedné straně a Evropě a Spojených státech na straně druhé. V současné době je v provozu už 13 reaktorů III. generace, žádný však v Evropě nebo USA. Zatímco v Číně a Rusku se reaktory spouštějí, v Evropě a USA se zavírají.

Tým experimentu MICE (Muon Ionization Cooling Experiment) vyvíjí mionový urychlovač, který by mohl dosahovat desetkrát vyšších energií oproti LHC. Teď se jim podařilo zahustit oblak mionů pomocí speciálního materiálů, který pohlcuje energii těchto částic. Je to zásadní pokrok.

Když vznikl vesmír, tak v něm bylo o špetku více hmoty než antihmoty. Jen díky tomu tu všichni jsme a společně s námi i veškerá hmota, která nás obklopuje. Otázkou je, komu bychom za to měli poděkovat. Slibným kandidátem jsou neutrina a mohli bychom to ověřit detekcí případných gravitačních vln, které vyzářily kosmické struny po fázovém přechodu vakua.

Obecná relativita a kvantová mechanika jsou stále na kordy. Když chceme zjistit, jak by mohla gravitace působit na kvantové objekty, tak by bylo skvělé uvést do stavu superpozice nikoliv jen oblaky zmražených atomů, ale celé pevné objekty, tvořené stovkami milionů atomů. Je to na dobré cestě.

Elektrony se pohybují ultra rychle, ale atomová jádra pomaleji. Kvůli rozdílu v jejich rychlostech je obtížné studovat jejich pohyb najednou – výzkum provedený na Technické univerzitě ve Vídni, na kterém se významnou měrou podílel český vědec Dr. Techn. Ing. Václav Hanus, ukazuje způsob jak toho dosáhnout.

Rekord v rotaci, který činil 60 miliard otáček za minutu, nevydržel ani dva roky. Stejný tým porazil sám sebe a roztočil nanočinku z oxidu křemičitého pomocí výkonných laserů ještě pětkrát rychleji. Nejrychlejší pulsary s rotací pouhých 43 tisíc otáček za minutu blednou závistí.

Vakuum je prázdné. Proto skrz něj nemohou procházet vibrace atomů a molekul, čili fonony tepla nebo zvuku. Vesmír je tichý. To dá rozum. Anebo ne? Když se do věci vloží kvantové fluktuace vakua, tak se nestačíme divit. Přenesou fonony vakuem až na vzdálenost pár set nanometrů.

Podivuhodná neuromorfní síť ze změti stříbrných nanodrátků je překvapivě podobná mozkové kůře. Chová se, jako by se učila, zapamatovávala si, zapomínala, spala i bděla. V tomhle malém mozku přitom není ani špetka biologické hmoty.

Fyzici extrémně nízkých teplot vzali pár kousků LEGO a zmrazili je na teplotu velmi blízkou absolutní nule. Legendární stavebnice opět prokázala své kvality a příslovečnou nezničitelnost. LEGO obstálo v experimentu skvěle a navíc se ukázalo, že v kryogenních podmínkách je úžasným tepelným izolantem.

Polovodičová elektronika je plná „nečistot“ a elektronického šumu. Kvantoví inženýři byli přesvědčeni, že v takovém prostředí nemá kvantový signál šanci přežit. Mýlili se. S vhodným designem je možné běžnou elektroniku naučit podivuhodné kvantové triky.

Dlouhodobý čínský fúzní projekt EAST dostane významnou posilu. V dohledné době by měl zažehnout první experimenty nový čínský tokamak HL-2M, který si dělá zálusk na hranici 200 milionů °C. Má k dispozici celou řadu vylepšení, s nimiž budou vědci a operátoři testovat nové možnosti řešení stávajících problémů s fúzí, které nám doposud brání zažehnout Slunce na Zemi.

Dlouho to byl nadějný směr pátrání po temné hmotě. Pak naděje, že najdeme temnou hmotu v centru Mléčné dráhy, pohasly. Pár let ležely u ledu. A teď se nejspíš opět vracejí do vysoké hry o temnou hmotu, s plnou parádou.

Dnes již umíme postavit roztodivné lasery k nejrůznějším účelům. Ale gama lasery nám stále ještě vzdorují. Jejich vývoj je nesmírně obtížný a zahrnuje výzkum v oblasti kvantové mechaniky i řady dalších oborů. Velmi užitečný by byl Bose-Einsteinův kondenzát pozitronia, pokud ho fyzici vyrobí v bublinách uvnitř kapalného helia.

Maďarský fyzik Attila Krasznahorkay a jeho tým před pár lety narazili na stopy páté fyzikální síly. Teď přinášejí nové důkazy z dalšího experimentu. Klíčovou roli v jejich výzkum hraje údajný boson o hmotnosti 17 MeV, kterému přezdívají částice X17. Pokud existuje, tak se bude přepisovat fyzika.

Vrstva železa, vanadu, wolframu a hliníku, která je potažená na krystalu křemíku, funguje jako nevídaný termoelektrický generátor. Pozoruhodný materiál je natolik účinný, že by mohl díky tepelným rozdílům pohánět senzory nebo malá elektronická zařízení. Vyloženě se nabízí jeho uplatnění v Internetu věcí.

Hon na temnou hmotu pokračuje. Továrna na antihmotu Antimatter Factory v CERNu posloužila pro hledání axionů, nadějných kandidátů temné hmoty. Jak je zvykem, experiment BASE nenašel vůbec nic. Nicméně, alespoň vyloučil existenci axionů o hmotnostech 0,1 až 0,6 GeV.

Fúzní experiment nové generace Plasma Liner Experiment (PLX) má již v provozu polovinu plazmových děl, s jejichž pomocí spouští fúzní reakci. V plné palebné síle by měl pracovat na konci roku 2020. Je to slibná technologie, která by mohla vést k vývoji levnějších a méně komplikovaných fúzních reaktorů. Fúzní energetika by něco takového potřebovala jako sůl.

Axiony náležejí k momentálně slibným kandidátům na temnou hmotu. Fyzici navrhují, že bychom je mohli vystopovat axionovým plazmovým rádiem. Je to zcela nový přístup, který umožňuje zkonstruovat obrovské detektory axionů s plazmatem. Co na to asi temná hmota?

Materiáloví fyzici poprvé pozorovali axionickou vlnu hustoty náboje ve Weylově polokovu. Zatím není úplně jasné, zda jde o objev axionů, pozoruhodných hypotetických elementárních částic a také kandidátů na chladnou temnou hmotu, anebo jen další střípek do obtížně sestavované mozaiky, při jehož popularizaci v německém Max-Planck-Institutu poněkud popustili uzdu fantazii.

V našem vesmíru dramaticky převažuje hmota nad antihmotou. Ale proč? Podle nové teorie je to vina tří Higgsových bosonů, jednoho, co už známe, a pak dvou dalších, extrémně energetických Higgsů. Tato malá monstra by mohly objevit výkonné urychlovače částic příštích generací.

Fyzici dostali do kvantové superpozice speciálně vytvořené molekuly, které se skládaly ze 2 tisícovek atomů. Udrželi je tam po dobu 7 milisekund. Hranice říše kvantové mechaniky se zase posunuly o něco blíže našemu světu.

Klíčovou součástí dnešních jaderných zbraní jsou bojové jaderné hlavice. Jejich likvidaci lze ale v dnešní době jen obtížně kontrolovat. V MIT proto vyvíjejí pozoruhodnou metodu ověření jaderných hlavic pomocí prozáření neutronovým paprskem se současným fyzikálním zašifrováním citlivých dat lithiovým filtrem.

Když Einstein formuloval speciální teorii relativity, tak tím mimo jiné vypustil přízrak kondenzátu barevného skla. Úžasně pojmenovanou formu hmoty, která by se měla skrývat uvnitř extrémně energetických protonů a těžkých atomových jader, už dlouho hledají fyzici. Na LHC se teď prý už dostali na samotný okraj barevného skla.

Laseroví fyzici sbírají síly k frontálnímu útoku na hranici výkonu 100 petawattů. Pokud se jim to podaří, tak by jejich lasery mohly vyrvat z nicoty virtuální částice. Klíčovým prvkem nové generace extrémních laserů by se mohla stát plazmová zrcadla, která by soustředila ultimátní laserové paprsky, aniž by je to okamžitě zničilo. Doufejme jen, že je realita utkaná z kvalitního přediva.

Spektrometr KATRIN provedl na jaře tohoto roku první čtyřtýdenní „vážení“ neutrina. A i za tak krátký čas se mu podařilo snížit horní limitu na hmotnost této částice. Přesné určení vlastností této stále záhadné částice, hlavně pak hmotností, je klíčové pro pochopení počátku i vývoje našeho vesmíru a je i oknem do nové fyziky a teorií sjednocujících popis interakcí.

Jednoduché, levné a velice lstivé zařízení těží ten největší termodynamický zdroj vůbec – samotný vesmír. Experimentální zařízení vytěží až 25 miliwattů na metr plochy a rozsvítí LEDku. Přímo před očima se nám rodí energetika mrazivého vesmíru.

Mooreovo pravidlo nebude fungovat do nekonečna. Alespoň ne pro tradiční křemíkové tranzistory. Naštěstí ale existují i jiné pozoruhodné materiály, z nichž je možné vyrobit výkonné mikroprocesory. Třeba uhlíkové nanotrubičky.

Teleportace qubitů jsme už viděli. Teď jsme se stali svědky kvantové teleportace qutritu, tedy kvantového systému, který může nabývat hodnot 0, 1 a 2. Nebo všeho mezi tím. Anebo třeba všech těchto hodnot zároveň. Kvantová mechanika se nezapře.

Při srážkách extrémně urychlených těžkých jader vzniká velmi horká a hustá jaderná hmota. V neutronových hvězdách máme velmi hustou, ale studenou jadernou hmotu. Ovšem při srážkách dvou neutronových hvězd vzniká z této studené velmi horká jaderná hmota, tedy podobná té ze srážek urychlených těžkých jader.

Když nemůžete strčit teploměr do srážky neutronových hvězd, tak si ji nasimulujete pomocí srážek těžkých iontů na pozemním urychlovači částic. Srážky neutronových hvězd a těžkých iontů jsou si překvapivě podobné, třeba tvorbou virtuálních fotonů. Proč toho nevyužít a nezjistit, že srážka neutronových hvězd má teplotu asi 800 miliard °C?

Velký hadronový srážeč LHC v CERNu by měl dosloužit v roce 2035. Fyzici již teď pracují na jeho nástupci. Jedních z horkých kandidátů je lineární srážeč CLIC, který by měl vyrůst rovněž v CERNu. Jeho úkolem bude pátrat po dalších tajemstvích Higgsova bosonu, zkoumat svrchní kvark a luštit záhadu temné hmoty, jestli bude stále ještě záhadná.

Jak detekovat extrémní částici, která proletí Zemí jako dělová koule hejnem patetických komárů? Použít celou planetu jako ultimátní paleodetektor částic. S takovým detektorem bychom mohli objevit supertěžká gravitina, pokud existují, a s nimi celou slavnou těžkou hmotu.

Extrémně tenký materiál z několika vrstev 2D materiálů, včetně populárního grafenu, je velmi slibný jako tepelná izolace pro velmi malou a kompaktní elektroniku. Vrstvy tepelného nanoštítu polykají teplo, jako by to bylo kouzlo.

Prestižní rodinka 2D materiálů se rozrostla o ultratenké zlato. Slibný materiál je možné vyrobit za pokojové teploty a použít k vývoji ohebné elektroniky, v průmyslové katalýze, v diagnostice nebo při čištění odpadní vody.

Navzdory mnohaletému úsilí se až doposud nikomu nepodařilo ukout prsten z atomů uhlíku. Nakonec museli spojit síly výzkumné týmy Oxfordu a IBM Research, kteří nakonec ve vakuu Mrazu osudu vyrobili kroužek cyklokarbonu z 18 atomů uhlíku. Nový materiál teď čeká intenzivní výzkum na všechny možné způsoby.

Na kvantové úrovni tvoří zvuk kvanta v podobě kvazičástic fononů. Až doposud se nikomu nepodařilo detekovat stav jednotlivých fononů. Tým se Stanfordu to dokázal s kvantovým mikrofonem, nejcitlivějším mikrofonem na světě, který tvoří nanomechanické rezonátory spojené se supravodivým qubitem.

Seriál Černobyl způsobil nebývalý zájem o havárii na této jaderné elektrárně a o zmíněnou oblast. Nejedná se o dokument, ale o umělecké filmové zobrazení, proto tam je přirozeně řada zjednodušení a odchylek od reality. Pokusme se o přehled těch nejpodstatnějších. V současné době předala Evropská banka pro obnovu a rozvoj nový sarkofág ukrajinské vládě. Podívejme se na postup revitalizace regionu, který tak nabývá stále konkrétnějších obrysů.

Extrémně hygroskopický hydrogel nasává vodu jako šílený, a pak ji zase uvolní, když ho Slunce ohřeje na teplotu vyšší než 45 °C. V současné podobě 1 kilogram takového materiálu vytěží za den přes 10 litrů sladké vody.

Kvantové interakce částic jsou pekelně složité. V Princetonu si na jejich simulaci udělali pozoruhodný čip, který je sice normálně 2D, ale zdařile simuluje interakce v hyperbolickém, čili neeukleidovském prostoru. A také je poctou M. C. Escherovi.

Ve fúzním reaktoru je vlastně kousek hvězdy. Nesmírně žhavé plazma, které není snadné zkrotit. V tokamacích se objevují erupce plazmatu, které mohou poškodit stěny reaktoru. Takovým velkým erupcím mohou zamezit série malých erupcí, které je možné vyvolat pravidelným vstřikováním malých granulí beryllia do fúzního plazmatu.

Kvantová fyzika je plná duchů, jako je slavný kvantový entanglement. I když o něm slyšel už skoro každý, tak tenhle fenomén zatím ještě nikdo nevyfotil. Tým britských fyziků to nedávno dokázal a udělal snímky kvantově provázané dvojice fotonů.

Vládne nám Einstein se svou obecnou relativitou? Nebo Chameleon s chameleonskou gravitací, která se mění podle okolního prostředí? Simulace vesmíru na superpočítači to nevylučují a budoucí pozorování na soustavě radioteleskopů Square Kilometre Array (SKA) by to mohla rozhodnout.

Jak udělat ze světla hmotu? Jednou z možností je donutit fotony, aby mezi sebou interagovaly podobně, jako kvantové částice hmoty. Mohou to zajistit tzv. Floquetovy polaritony, hybridní kvazičástice, které jsou svým způsobem ze světla i ze hmoty a přitom spolu interagují ostošest.

Temná energie je ještě temnější než temná hmota. Hypotetické částice, které by ji mohly tvořit, připomínají přízraky. Platí to i pro solární chameleony, kteří by měli měnit svou hmotnost podle hustoty prostředí, v němž se právě nacházejí. Experiment KWISP v CERNu se tahle strašidla snaží ulovit.

Nová technologie vytváří stabilní proudy plazmatu za běžné teploty a tlaku. Takové plazmatického proudu je možné se dotknout prstem, a přesto zabíjí mikroby nebo podporuje srážení krve.

V diamantu bývají defekty, které způsobuje nahrazení uhlíku v krystalové mřížce diamantu atomy dusíku. Takové defekty mohou fungovat jako nanomagnety. Vědci toho dovedou využít k teleportaci kvantové informace v diamantu. Taková technologie by se mohla stát základem pro kvantovou komunikaci a kvantové distribuované výpočty.

Výpočetně náročné počítačové simulace kvantových fyziků ukázaly, že kvazičástice jsou jako fénixové kvantového světa. Když shoří rozpadem, tak vzápětí povstanou z popela v původní podobě. Vše nasvědčuje tomu, že kvazičástice ve kvantových systémech mohou být věčné.

Pozoruhodný elektromagnet nového typu se supravodivými prvky vytvořil magnetické pole o indukci 45,5 tesla. Je to světový rekord pro kontinuální magnetické pole, který padl po dvou desetiletích. Zůstává sice v laboratořích amerického MagLabu, držitel rekordu je teď ale mnohem menší a lehčí, než byl jeho předchůdce.

Proton s neutronem tvoří vždy tři kvarky. Pentakvark, jak jeho jméno napovídá, jich obsahuje pět. Jako by to nestačilo, podle nových pozorování na experimentu LHCb je exotická částice uspořádaná jako nějaká částicová molekula. Tvoří ji tříkvarkový baryon slepený se dvoukvarkovým mezonem.

Když otevřete krabici se Schrödingerovou kočkou, tak dojde ke kvantovému skoku. Ten náhodně určí, jestli je kočka živá anebo mrtvá. Fyzici si v novém experimentu pohráli s kočkou v podobě umělého atomu, ozařovaného mikrovlnami. A povedlo se jim rozebrat, jak kvantový skok vlastně probíhá.