V uplynulých dvou letech zažil výzkum jaderné fúze dva významné úspěchy: překročení vědeckého vyrovnání v americkém laserovém zařízení NIF a uvolnění rekordního množství fúzní energie v tokamaku JET. Nedávno byly publikovány zajímavé detailní údaje z hlavních experimentů v roce 2022 (NIF) a v roce 2023 (JET).

Mezinárodní tým fyziků vytvořil exotický materiál, jehož supravodivost lze ovládat vnějším magnetickým polem. Je to 2D topologický izolátor ze rtuti manganu a telluru, který spojuje výhody supravodiče s ovladatelností topologického izolátoru. Už teď se rýsují zajímavé aplikace v supravodivých technologiích.

Dvojice amerických fyziků vybudovala velmi exotický model vesmíru, který je založený na tachyonech, neblaze proslulých hypotetických částicích, které si nedělají hlavu z rychlosti světla ani z kauzality. K překvapení všech zúčastněných vyšlo najevo, že tachyonový model vysvětluje data pozorování supernov typu Ia stejně dobře jako standardní kosmologie.

Tokamak KSTAR v jihokorejském Tedžonu nedávno překonal svůj „osobní“ rekord. Vytvořil plazma o teplotě nitra Slunce a udržel ho po dobu 48 sekund. Je to významný úspěch, byť ve stínu čínského tokamaku EAST. Konečným cílem tokamaku KSTAR je udržet takové plazma 5 minut.

Přízračná tvář Měsíce láká nejen básníky a vlkodlaky, ale také gravitační astronomy. Na lunárním povrchu je spousta místa, a také tam je, alespoň prozatím, doslova mrtvolný klid. Celý Měsíc by mohl sehrát roli gravitační antény, přičemž by procházející gravitační vlny detekovaly vysoce citlivé seismometry na lunárním povrchu nebo třeba soustavy zrcadel s lasery. Další možností je vybudovat na Měsíci gravitační observatoř typu LIGO či Virgo.

Elektrický proud je osudově spjatý s tvorbou tepla. Tvůrci elektroniky věnují hodně úsilí tomu, aby teplo udrželi na uzdě. Diamantové membrány o tloušťce 1 mikrometr jsou ohebné a lze je připojit k elektronickým komponentám. Výborně vedou teplo, elektřinu naopak vůbec a lze je snadno vyrábět ve velkém.

Na černou díru si nejspíš jen tak nesáhneme. Fyzici to ale nehodlají vzdát a vytvářejí v laboratořích pozoruhodné analogie černých děr. Nejnovější z nich je masivní kvantové tornádo v supratekutém heliu, zchlazeném na teplotu blízkou absolutní nule. Vědci si od něj slibují předpovědi chování kvantových polí v zakřiveném časoprostoru kolem astrofyzikálních černých děr.

Kosmolog Rajendra Gupta provedl svůj model CCC+TL, založený na „unavených konstantách“ a „unaveném světle,“ zkouškou s baryonovými akustickými oscilacemi, otisky pradávných zvukových vln v mikrovlnném reliktním záření. Pokud se tento momentálně okrajový model prosadí, mohl by nahradit stále neznámou temnou hmotu a temnou energii.

Když se srazí neutronové hvězdy, je to hodně husté, horké a extrémní. Fyzici se domnívají, že by za takových extrémních podmínek mohlo docházet k procesům, které nás přivedou na stopu temné hmoty. Zkusili pátrat po axionech, které stále patří mezi přední kandidáty na temnou hmotu, v pozorováních srážky neutronových hvězd GW170817. Bezvýsledně.

Fyzici ohlásili průlom na poli časových krystalů, které jsou žhavou novinkou posledních let. Nové časové krystaly z arsenidu india a galia spontánně spouštějí oscilaci a vydrží to asi 40 minut. Jejich předchůdci to zvládali jen pár milisekund. Vědci mají novou hračku, která slibuje vzrušující výzkum.

Stále nemáme představu, jak funguje gravitace v říši kvant. Mezinárodní výzkumný tým nedávno dosáhl pozoruhodného úspěchu a změřil gravitační sílu částice o hmotnosti 0,43 miligramu, která levitovala za teploty asi jedné setiny stupně nad absolutní nulou. Úspěch otevírá dveře dalším experimentům s ještě menším objekty

V Durynsku, zhruba sto kilometrů od našich Hranic je Město Ilmenau. V něm sídlí Technická univerzita vybavená zařízením na výboje takové intenzity, že imitují blesky. Právě tam se parta Jense Haueisena z Institutu biomedicínského inženýrství a informatiky jala ověřit, co nám při bouřce může zachránit život.

Nová technologie svařování reaktorových nádob Local Electron-Beam Welding (LEBW) radikálně zkracuje proces svařování v potřebné kvalitě z déle než roku na méně než den. Využívá vysokoenergetické elektronové dělo, které pracuje v lokálním vakuu. Jde o průlom, který by mohl podstatně urychlit nástup modulárních reaktorů.

Ke konci roku 2023 ukončil svou úspěšnou výzkumnou práci největší evropský tokamak JET. Byl jedním z mála, který pracoval i s tritiem. Studoval tak nejen chování plazmatu, ale i fúzní reakce. Je držitelem řady fúzních rekordů. Zároveň však začala pracovat řada nových tokamaků, kterým se také daří rekordy realizovat. Zrekapitulujme si výsledky tokamaku JET a současný stav fúzních zařízení využívajících magnetické udržení.

Když ionizující rentgenové záření zasáhne vodu, dojde ke změně „chování“ elektronů, což vede k chemickým reakcím. Tyto změny jsou ale natolik rychlé, že je nebylo možné detailně studovat ani na pikosekundové časové škále. S průlomem přišla nová metoda rentgenové tranzientní absorpční spektroskopie kapaliny, která zobrazí elektrony na časové škále attosekund.

Spolu s tím, jak se blíží náš návrat na Měsíc, roste intenzita studia dozimetrické situace mimo ochranou náruč naší atmosféry a magnetického pole. Intenzivní dozimetrický monitoring se realizoval během prvního letu kosmické lodi Orion v rámci letu Artemis I. Velmi zajímavé výsledky o radiaci na Marsu získalo zařízení RAD, které je na palubě vozítka Curiosity.

Za normálních okolností letí světlo stále stejnou rychlostí, čili rychlostí světla. Když chcete světlo pořádně přibrzdit, vyžaduje to nějaký velmi speciální materiál. Nový metapovrch z nesmírně tenkých vrstev křemíku dokáže zpomalit světlo více než 10 000krát. Taková technologie by mohla nalézt široké uplatnění, od optické komunikace po kvantové počítače.

Tokamak Joint European Torus, který 40 let pracoval ve Velké Británii, se rozloučil s fúzním výzkumem ve velkém stylu. V poslední sérii deuterium-tritiových experimentů dosáhl produkce 69 MJ energie, přičemž spotřeboval 0,2 miligramů tritiového paliva. Smutné je, že Evropa teď nemá v provozu srovnatelný fúzní experiment.

Neutrina jsou téměř nepolapitelné příšerky, při jejichž detekci se musíme opravdu hodně snažit. Stavíme masivní podzemní detektory nebo dokonce observatoře pod ledem v Antarktidě. Fyzik Steven Prohira navrhuje využít k detekci neutrin lesy, které vlastně představují soustavu překvapivě praktických „stromových antén.“

27.září tohoto roku oslaví CERN, Evropská laboratoř fyziky částic, místo, kde se v roce 1989 zrodil Web a v roce 2012 byl objeven Higgsův boson, 70 let od svého založení. Popud k němu vyšel od francouzského teoretického fyzika, laureáta Nobelovy ceny za fyziku, Louise de Broglie (1892-1987), jenž v roce 1949 navrhl vytvoření Evropské fyzikální laboratoře, aby se zabránilo odlivu talentovaných fyziků do USA.

Kvantové sítě blízké budoucnosti budou potřebovat kvantové paměti. V Basileji vyvinuli základní prvek optické kvantové paměti, který tvoří skleněná komora o velikosti pár milimetrů, naplněná atomy rubidia. Takovou kvantovou paměť bude možné vyrábět sériově s využitím již existujících výrobních postupů.

Grafen dlouho lákal výrobce elektroniky, jako slibný materiál s pozoruhodnými vlastnostmi. Za normálních okolností ale postrádá elektronický zakázaný pás (Band gap), což ho u mnohých diskvalifikovalo. Průlomový výzkum přinesl polovodivý epigrafen, který je prvním funkčním polovodičem založeným na grafenu. Je to tektonická změna s potenciálem změnit celou elektroniku.

Celá řada evropských států se vrací k využití jaderné energetiky, nutnost jejího rychlého rozvoje zazněla i na jednání COP-28. Do komerčního provozu byl uveden první malý modulární reaktor, který lze zařadit k reaktorům IV. generace. Roste počet reaktorů třetí generace a zkušenosti s jejich výstavbou a provozováním. Přibývají státy, které plánují budovat nové bloky.

Průlomový experiment s novou metodou kvantové teleportace informace otevírá dveře k teleportaci celých snímků, například otisku prstu při ověření totožnosti během bankovní nebo podobné operace. Fyzikům se povedlo podstatně zvětšit objem přenesené informace při využití jediné dvojice entanglovaných fotonů.

Nejprve příčina a pak následek? Kvantová mechanika je v kauzalitě hodně liberální. Po příčině sice následuje následek, ale současně také příčina následuje po následku. Fyzici toho využili při nabíjení kvantové baterie, v systému uvedeném do stavu kvantové superpozice. Jak se zdá, kvantovým bateriím takové zacházení svědčí.

Před dvěma dny na Oslu vyšel článek o Hubbleově konstantě, jejíž hodnota, ač by měla být pro celý kosmický prostor v jistém čase stejná, se liší v závislosti od měření v bližším nebo vzdálenějším vesmíru. Možným řešením tohoto nesouladu je MOND – MOdifikovaná Newtonovská Dynamika, jejíž významným zastáncem je i prof. Pavel Kroupa.

Nejnepochopitelnější na vesmíru je to, že je pochopitelný. Albert Einstein, Fyzika a realita (1936)

Obecná teorie relativity předpovídá, že působení gravitační síly nezávisí na tom, o jakou hmotu jde, ale čistě na její hmotnosti. Přesto existují hypotézy, že v případě gravitační interakce mezi hmotou a antihmotou by tomu mohlo být jinak. Že by se hmota a antihmota mohly dokonce odpuzovat. Nemáme makroskopická tělesa z antihmoty, a jen na antičásticích se pohyb antihmoty v gravitačním poli hmoty testuje velmi těžko. Teprve nyní tak experiment ALPHA-g prokázal, že hmota s antihmotou se gravitačně přitahují podobě, jako je tomu u dvou těles z hmoty.

Obecná relativita a kvantová mechanika jsou stále jako voda a oheň. Britský fyzik Jonathan Oppenheim s kolegy se snaží nesmiřitelné teorie spojit nikoliv krocením časoprostoru, jak je obvyklé, ale krocením kvantových podivností. Stačí extrémně přesně sledovat hmotnost vhodných objektů a budeme mít jasno.

Doba mamutích urychlovačů se pomalu chýlí ke konci. Laserový urychlovač s brázdovým polem vylepšený nanotechnologií urychluje na 10 GeV v zařízení o velikosti 10 cm. Celý urychlovač je menší než 20 metrů. Stávající americké urychlovače s tímto výkonem mají velikost zhruba 3 kilometry.

Sonda Psyche letí ke stejnojmenné planetce v hlavním pásu. Aby se během cesty nenudila, veze na palubě experiment DSOC pro testování vesmírné laserové komunikace. Nedávno proběhl první úspěšný test, kdy si Psyche vyměnila blízce infračervené laserové pozdravy testovacími daty s Palomar Observatory v Kalifornii.

Ve vakuu není nic. Ale podle kvantové mechaniky je tohle „nic“ velice vzrušující. Neustále se tam na okamžik zjevují a pak zase zanikají virtuální částice a antičástice. Kvantové fluktuace je ale velmi obtížné zkoumat. Teď se na ně zaměří donedávna nejvýkonnější rentgenový laser světa European XFEL.

Voda sice tvoří podstatnou část povrchu naší planety, ale kromě toho také nenápadně prosakuje do zemských hlubin. Extrémní experimenty na urychlovačích prozradily, že voda prosáklá z povrchu nejspíš reaguje se svrchní částí vnějšího jádra a vytváří zvláštní tenkou vrstvu mezi vnějším jádrem a pláštěm, jejíž původ byl doposud neznámý.

Početný tým fyziků se inspiroval vzorem kagome, který je charakteristický pro tradiční japonské umění pletení košíků. Když udělali krystalickou mřížku s geometrií kagome, dokázali v ní uvěznit elektrony. Je to průlom, který otevírá cestu k výzkumu exotických elektronických stavů ve 3D materiálech a k velezajímavým aplikacím.

V Japonsku před pár dny poprvé pořádně nažhavili upgradovaný tokamak JT-60SA, který se stal největším provozuschopným fúzním reaktorem planety, až do „návratu krále,“ tedy do spuštění bájného ITERU. Měří 15,5 metru a pojme 135 metrů krychlových plazmatu. Teď udržel plazma o teplotě 200 milionů °C po dobu 100 sekund.

Křemíkové polovodiče jsou fajn. Ale polovodič z rhenia, selenu a chloru je nejlepší v přenosu energie. Vznikají v něm superatomy, jejichž struktura souvisí se vznikem akustických excitonů, čili polaronů. Elektronika založená na superatomech a polaronech by mohla fungovat o 6 řádů rychleji.

V nanofotonických urychlovačích, které se pohodlně vejdou na počítačový čip, pohánějí elektrony ultrakrátké laserové pulzy. Tým německé Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg jako první dosáhl podstatného navýšení energie elektronů v takovém zařízení – o 43 procent. Je to významný úspěch, ale pro praktické aplikace v medicíně i jinde bude nutné zvýšit energii elektronů asi tak stokrát.

Vesmírnou gravitační čočku si asi jen tak nevyrobíme. Fyzici ale dovedou vyrobit pseudogravitaci, kdy fotonický krystal s narušenou strukturou mění dráhu světelných paprsků podobně, jako gravitace vesmírných monster. Může z toho být zajímavý experimentální nástroj i praktické aplikace.

Kvantoví fyzici nemají žádný respekt vůči svaté šipce času. V extravagantní teoretické studii odhalili, že je možné manipulací s kvantovým entanglementem vyřešit některé problémy kvantových experimentů, které byly považovány za neřešitelné. Není to prý (zatím) stroj času, ale spíš ponorka pro zkoumání hlubin kvantové mechaniky.

Události posledních let jasně ukázaly, že se Jižní Korea bez jaderné energie neobejde. V korejské společnosti tak došlo ke změně pohledu na energetiku, a i to se projevilo ve výsledcích voleb. Další rozvoj jaderné energetiky je programem nového politického vedení Jižní Koreji. To je velice dobře, protože jihokorejský jaderný průmysl patří k těm nejlepším na světě. Podívejme se na jeho zkušenosti a potenciál.

Kvantové triky se sice odehrávají především v mikrosvětě, ale když na to přijde, mohou pohánět motor. Stačí do nich umístit Boseho-Einsteinův kondenzát z atomů lithia, který se jako bosonový plyn může přeměnit na fermionový a zase zpět. V tomhle případě vlastně hýbe pístem motoru Pauliho vylučovací princip.

Kvantoví fyzici uspěli s detekcí entanglementu u top kvarků, godzill mezi elementárními částicemi. Nešlo o nové pozorování, entanglement vytěžili z dat, která získal experiment ATLAS v letech 2015 až 2018. Byl to entanglement při energiích asi tak bilionkrát vyšších než u standardních kvantových experimentů.

Proč v našem vesmíru naprosto převažuje hmota? Jedním z možných vysvětlení se zdálo být, že gravitace působí na hmotu v porovnání s antihmotou poněkud odlišně. Experiment ALPHA to v CERNu detailně prozkoumal, a jak se zdá, vysvětlení přebytku hmoty je nutné hledat někde jinde. Antihmota „padá“ úplně stejně jako hmota.

Megastruktury kolem hvězd by mohly prozradit pokročilou mimozemskou civilizaci na značnou vzdálenost. Bohužel se ukázalo, že ani takto obrovské objekty se v okolním vesmíru nehledají snadno. Jason Wright doporučuje zaměřit se na menší a více horké Dysonovy sféry, protože by měly být optimální pro využití technologicky zdatnou civilizací. Pokud tedy nějaká taková existuje.

Laboratoře SLAC si pořídily upgrade rentgenového superlaseru, z něhož se stal The Linac Coherent Light Source II (LCLS-II) X-ray Free-Electron Laser (XFEL). Zvládne milion pulzů rentgenového záření, a je 10 000krát výkonnější než jeho předchůdce. Teď vtrhnul do mikrosvěta a bude tam ozařovat extrémně malé a extrémně rychlé jevy.

Zní to zvláštně, ale v kosmickém prostoru a ve velmi vysokých výškách nad zemí není snadné chladit elektroniku. Pozoruhodným řešením by se mohl stát robotizovaný plazmový paprsek, který detekuje zahřáté místo a přesně cíleným zásahem ho zmrazí. Vývoj financovaný Pentagonem je teprve v počátcích, ale mohlo by to být velmi zajímavé.

Kvantoví fyzici nadšeně zkoumají naprosto záhadný trik zmrzlinářů makrosvěta. Pokud to nevíte, při dodržení vhodných podmínek zmrzne velmi horká voda dřív než studená voda. A nikdo to nedovede uspokojivě vysvětlit. Nový výzkum potvrdil, že Mpembův jev existuje i ve kvantové podobě.

Kvantové magnetické monopóly existují jen pár milisekund. Poté se mohou rozpadnout do Alenčiných prstenů, pozoruhodných prstencových vírů, které jsou kouzelné. Mohou proměnit další monopóly na antimonopóly s opačným magnetickým nábojem. Kvantová fyzika nemá k magii nikdy daleko.

Kanadští a italští kvantoví fyzici přicházejí s průlomovou bifotonovou digitální holografií. Její použití dramaticky zrychluje a také zjednodušuje vizualizaci dvojice kvantově provázaných fotonů. Výsledky výzkumu mohou citelně urychlit pokrok ve kvantových technologiích.

Mravenčí práce s řádkovacím tunelovým mikroskopem a vytvoření kvantových teček ze stříbra atom po atomu přinesla potvrzení existence kvantového stavu (spin-degenerate Andreev bound state), který byl předpovězen před půlstoletím. Je to průlom supravodivosti do úplně nejmenších nanostruktur soudobé elektroniky.