Знание-сила, 1998 № 03 (849)

Одев из краеугольных камней современной физики элементарных частиц — идея существования кварков, частичек с дробным электрическим зарядом в одну и две трети от заряда электрона. К сожалению, их никак не удается наблюдать в свободном виде. Для объяснения этого факта придуман даже специальный термин — «невылетанне кварков», и лучшие теоретические умы бьются над объяснением, почему же они все-таки не вылетают из элементарных частиц. Однако такое необъяснимое невылетанне до снх нор порождает у некоторых ученых скептицизм и принципиальные сомнения в дроблении электрического заряда вообще. И вот появились данные о дробных зарядах совсем из другой области физики.

Эффект Холла — это классический эффект, обнаруженный еще в 1679 году американским физиком Эдвином Холлом в тонких золотых пластинах. Суть его в той, что при прохождении тока через твердый проводник, находящийся в магнитном поле, возникает поперечное электрическое поле.

В 1960 году — словно к юбилею — немецкими экспериментаторами под руководством К. фон Клотцинга был открыт квантовый эффект Холла. Как и полагается любому квантовому эффекту, состоял он в том, что при низких температурах в полупроводниках «холловское сопротивление» начинает квантоваться, то есть принимать только вполне определенные, «порционные» значения.

Заметьте, это хоть и квантовый, но макроскопический эффект — квантуются не какие-то мелкие частицы, а сопротивление образца или же его проводимость. Вскоре после экспериментального наблюдения, в 1962 году, американец Роберт Лафлин создал теорию явления. Отличительной ее чертой было присутствие объектов с дробными зарядами — в одну треть заряда электрона. За прошедшие пятнадцать лет практически все детали теории Лафлина были подтверждены экспериментально, но лишь само наблюдение дробного заряда ускользало от исследователей. Наконец, осенью 1997 года две международные групны исследователей объявили о регистрации дробных зарядов в квантовом эффекте Холла.

Им удалось наблюдать флуктуации тока в этом эффекте. Понятно, что когда течет ток, значение его не может быть абсолютно точным — то чуть больше, то чуть меньше. Если долго измерять значение тока и определять отклонение полученных величин от среднего, а потом среднее значение этих отклонений ноделить на среднее значение тока, то должна нолучиться величина заряда носителя тока. Так вот, когда все точно измерили и поделили, оказалось, что заряд в квантовом эффекте Холла переносит частицы с зарядом в одну треть заряда электрона.

Это именно то, что предсказывал Лафлин в своей теории; существование некоторых квазичастиц, электронных образований как раз с таким дробным зарядом. Они строятся яз коллективного движения многих электронов, но тем не менее локализованы в пространстве. Конечно, эти квазичастицы могут существовать лишь внутри электронного «газа» и не могут выходить из него, как обычные электроны.

Естественно, чтобы измерять флуктуации с точностью до одного электронного заряда, а то и меньше, приходится делать эксперимент с высочайшей аккуратностью, но это удалось. Теперь уж нет сомнений в том, что обнаружены объекты с дробным зарядом, причем не в микромире, а в полупроводниках.

А. Альстер

ВО ВСЕМ МИРЕ

Рисунки Е. Силиной

Делай, как я

Косяки антарктического криля, насчитывающие громадное количество особей — до двадцати шести тысяч в одном кубическом метре воды, — тем не менее движутся не хаотично, а вполне упорядоченным образом и избегают завихрений. Координация их движений была выявлена зоологом Конрадом Визе из Гамбургского университета.

Посредством микросветоизлучателей и миниатюрных датчиков, приклеиваемых к ним, удалось установить наличие четырех различных сигналов. Низкочастотный сигнал плавников сообщает, каков темп движения идущего впереди, возможно, инстинктивно выбранного лидера или вожака стаи. Эту скорость плавания придется строго соблюдать всем остальным. А вот высокочастотные (разумеется, механические) сигналы от щетинок на лапках помогают задать дистанцию между соседями справа и слева, сверху и снизу. Тем самым строй сохраняет свой шахматный порядок, однако на этот раз не совсем обычный - трехмерный.

Этот странный углерод...

Профессор химии в Хайдарабадском университете (Индия) Гаутам Дезираджу изучает явление кристаллического полиморфизма, которое состоит в том, что отдельные органические соединения приобретают самое разное строение.

Просматривая базу данных, содержащую характеристики ста пятидесяти тысяч основанных на углероде кристаллических структур, он заметил, что среди них встречается примерно на 15 процентов больше веществ с четным числом атомов углерода, чем с нечетным.

Привлеченный к исследованиям научный сотрудник Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе Джек Дуниц установил, что это же наблюдается в крупнейшем в мире банке данных, описывающих органические вещества, принадлежащем Институту имени Бельштейна во Франкфурте-на-Майне.