Физики научили фотодиоды считать фотоны

Группе британских ученых из исследовательской лаборатории Тошиба в Кембридже, Великобритания, удалось создать эффективный и относительно дешевый счетчик фотонов на основе лавинного фотодиода. Отличительной особенностью устройства является его невысокая цена и простота конструкции. Работа авторов опубликована в журнале Nature Photonics.

При попадании фотонов в лавинный светодиод в нем возникает электрический ток. Ранее считалось, что этот ток не зависит от количества фотонов. Физикам удалось доказать, что в течение короткого промежутка времени зависимость существует, и получить ее в явном виде. Используя обнаруженную зависимость, по возникающему току можно восстановить количество фотонов.

Необходимость в подобных счетчиках возникает не только в физических задачах. В квантовом компьютере все взаимодействия предполагается осуществлять посредством фотонов. Ряд существующих алгоритмов в качестве результата выдает один, два или три фотона. При этом для продолжения работы необходимо знать их точное количество.

Устройства для подсчета числа фотонов традиционно очень дороги и сложны. Создание их аналога на основе дешевых и массово производимых лавинных светодиодов представляет значительный интерес.

Математическая модель предсказала увеличение силы ураганов

Интенсивность ураганов и тайфунов будет увеличиваться, если температура на Земле продолжит расти. К такому выводу пришли климатологи из Университета Мичигана, построившие математическую модель движения воздушных потоков. Работа ученых опубликована в журнале Tellus A.

Разработанная учеными модель предсказывает, что увеличение температуры вблизи земной поверхности на каждые два градуса повысит интенсивность ураганов на несколько процентов. Интенсивность наиболее сильных ураганов может увеличиться на десять процентов.

Модель, построенная Нилтоном Ренно (Nilton Renno) и его сотрудницей Натальей Андроновой, основана на уравнении Бернулли. Это уравнение, которое Даниил Бернулли вывел в XVIII веке, объединяет законы механики Ньютона с законом сохранения энергии и объясняет, в частности, как возникает подъемная сила, необходимая для полета птиц или самолетов. Согласно уравнению Бернулли, давление со стороны текучей среды (жидкость или газ) падает с увеличением скорости потока этой среды. Уравнение включает несколько переменных, которые опускаются при применении уравнения для расчета многих процессов. Для построения модели Ренно учел обычно опускаемые переменные.

Созданная модель помогла объяснить образование спиральных полос выпадения осадков и облаков, являющихся предшественниками торнадо. Кроме того, по словам исследователя, модель позволила обобщить признаки атмосферных вихрей и объяснить некоторые их физические характеристики.

Результаты, полученные Ренно, подтверждают некоторые ранее проведенные исследования, которые показали, что за последние 50 лет сила ураганов возросла параллельно с увеличением температуры поверхности океанов. С другой стороны, в мае 2008 года в журнале Nature Geoscience была опубликована статья, авторы которой утверждали, что созданная ими модель не связывает глобальное потепление с увеличением числа ураганов.

Ренно, принимающий участие в проекте полета зонда "Феникс" на Марс, применил свою модель для расчета интенсивности пылевых штормов на полюсе Красной планеты. Согласно его расчетам, скорость ветра в том районе Марса, где сел "Феникс", превышает 320 километров в час.