Информация свежая... и не очень

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33795
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1021   morozov »

Астрофизика-2019: есть что вспомнить
14.01.2020 / № 295 / с. 1–3 / Сергей Попов / Космос / 6227 просм., 720 — сегодня / 2 комментария
Изображение
Сергей Попов. Фото И. Соловья

Подводить итоги года — ответственное дело. Любой список, составленный одним человеком, неизбежно будет субъективным из-за личных приоритетов и ограниченности кругозора. Поэтому в первую очередь мы поговорим о том, над чем астрономы работали в 2019-м, какие области исследований сейчас актуальны и будут активно развиваться в ближайшие годы. Таким образом, это не столько «лучшие из лучших», сколько иллюстрация текущих усилий ученых, исследующих Вселенную.

В своих ежегодных итогах я основываюсь в первую очередь на моих ежемесячных списках интересных публикаций в архиве astro-ph е-принтов arXiv.org1. Поэтому ниже ссылки будут даваться не на журнальные, а на arXiv’ные версии статей по их идентификаторам. Бонус в том, что все материалы в arXiv.org открыты, так что желающие могут обратиться непосредственно к первоисточникам.

Количество статей в arXiv.org растет: всего там уже более 1,6 млн работ. За редчайшим исключением, все сколь-нибудь важные публикации по астрономии попадают в arXiv.org (хотя иногда с небольшой задержкой). За год в разделе astro-ph появилось около 15 тыс. публикаций. Поговорим о некоторых из них.

Начнем с важной тенденции. Мне кажется, что на протяжении многих лет радиоастрономы были в тени своих коллег по цеху. На первом плане оказывались данные рентгеновских, оптических, гамма-, инфракрасных наблюдений плюс гравитационно-волновые исследования, детекторы нейтрино и космических лучей. Разве что ультрафиолетовый диапазон традиционно уступал радио- в популярности. Однако в 2019-м перед нами предстала иная картина.
Изображение
Сверхмассивная черная дыра в галактике M87 (eventhorizontelescope.org)

«Астрономической картинкой года», безусловно, стало изображение, полученное командой Телескопа горизонта событий (Event Horizon Telescope — EHT). Результаты представлены в серии статей, включая основную — 1906.112382. Теперь мы гораздо лучше представляем себе, как устроено течение вещества в окрестности сверхмассивной черной дыры. Был проделан огромный объем работы по компьютерному моделированию таких потоков. К сожалению, получать с помощью наземных наблюдений аналогичные изображения для других черных дыр вряд ли получится. Так что наберемся терпения и будем ждать, когда появятся космические радиоинтерферометры (речь тут не о проектах типа «Радиоастрона», а о системе антенн, целиком размещенной в космосе).

Пока же можно радоваться другим радиоастрономическим достижениям. Последние несколько лет со страниц и научных журналов, и СМИ не сходят быстрые радиовсплески (Fast Radio Bursts — FRB). За год этому феномену было посвящено несколько сотен научных публикаций. 2019-й не был исключением, скорее даже наоборот.

Изображение
Установка CHIME (chime-experiment.ca)
Изображение
Вспышки второго повторяющегося источника быстрых радиовсплесков. Из статьи 1901.04525

Год начался с того, что новая канадская установка CHIME представила свои первые результаты по FRB (1901.04524). Это не просто 13 новых всплесков, это первые надежные данные по наблюдениям этого класса радиотранзиентов на низких частотах (~400 МГц). Такие наблюдения важны, так как потенциально несут информацию и о природе механизма излучения, и о среде вокруг источника. Еще важнее, по мнению многих, искать источники повторяющихся всплесков (до 2019 года был известен всего один такой). И здесь снова отличились в CHIME, в начале сообщив о втором повторном источнике (1901.04525), а затем — увеличив выборку в несколько раз (1908.03507), представив разом восемь примеров.

Второе важное направление изучения FRB — это попытки идентифицировать галактики, в которых они происходят. Опять же до 2019-го был известен всего один случай, и это был единственный на тот момент повторный источник FRB121102. Интересно, что все три новых случая идентификации, представленные в 2019 году, не ­связаны с ­повторами всплесков. ­Лидер здесь — ­австралийская установка ASKAP. Эта команда отрапортовала о двух идентификациях. Причем теоретиков ждал сюрприз: если первая выявленная галактика — материнская для FRB121102 — относилась к объектам с высоким темпом звездообразования (что явно указывало на связь повторного источника с молодыми компактными объектами — скорее всего, нейтронными звездами), то второй случай совсем иной. Это массивная линзовидная галактика (1906.11476). Также в массивной галактике с низкой скоростью формирования звезд находится источник FRB190523, обнаруженный системой антенн DSA-10 (Deep Synoptic Array). На основе этих наблюдений появились идеи, что в отличие от FRB121102 неповторяющиеся всплески могут быть связаны не с молодыми магнитарами, а с другими объектами (1907.01542). Но до ясности здесь еще далеко.

Помочь в определении природы источников FRB могут одновременные наблюдения в разных спектральных диапазонах. Для этого надо очень быстро выявлять радиовсплески и сообщать координаты наблюдателям, работающим в других диапазонах спектра. Здесь выделим успехи еще одной австралийской установки — UTMOST. В статье 1905.02293 представлено сразу пять радиовспышек, зарегистрированных в реальном времени, а не выделенных в ходе последующего анализа архивных данных. Это позволило быстро организовать наблюдения в разных диапазонах, но, увы, снова ничего обнаружено не было. Однако и это всё равно важно, так как дает новые ограничения на теоретические модели.

Теоретики продолжают разрабатывать самые разные сценарии механизма излучения FRB. Однако наиболее популярные модели так или иначе связаны с молодыми нейтронными звездами с сильными магнитными полями — магнитарами. Известно, что такие объекты демонстрируют мощные вспышки в рентгеновском и гамма-диапазонах, и могут также показывать и радиовспышки. В развитии теории быстрых радиовсплесков на основе вспышек магнитаров в ушедшем году был достигнут значительный прогресс. Так в модели, разработанной Андреем Белобородовым (1908.07743), удается объяснить практически все основные свойства всплесков, а кроме того сделаны интересные предсказания на будущее, которые можно будет проверить. Поэтому я традиционно надеюсь, что в ближайшее время мы сможем окончательно разобраться в том, что же такое быстрые радиовсплески и как они работают.

Помочь может вступивший в строй 500-метровый китайский радиотелескоп FAST. В сентябре 2019 года он уже представил свои первые результаты по FRB — было показано, что инструмент успешно видит повторы FRB121102. Благодаря большому размеру, этот прибор может видеть более слабые всплески, а повторы обычно как раз очень слабые (неудивительно, что несколько лет назад именно огромная чаша в Аресибо дала возможность зарегистрировать всплески FRB121102). Так что наблюдения на FAST смогут дать точные положения (а значит, и найти галактики) для множества повторных источников. Главное, чтобы под это выделили наблюдательное время.

В 2019-м был представлен первый новый радиопульсар, открытый на FAST (1903.06318). Так что и тут мы ждем продолжения. Например, важно искать всё более и более массивные нейтронные звезды, так как это дает важную и для фундаментальной физики (квантовой хромодинамики) информацию о поведении вещества при высокой плотности. В 2019 году был поставлен новый рекорд. Пульсар MSP J0740+6620 имеет массу 2,14 массы Солнца (1904.06759), прежний рекорд составлял 2,01. Такой результат позволяет одни модели отбросить (если они не позволяют получить столь высокие массы), а другие — уточнить. Поиск новых пульсаров, как правило, связан с поиском более слабых объектов. Так что появление новой гигантской радиочаши должно способствовать таким исследованиям.

В наступившем году мы ждем новых результатов по наблюдательным ограничениям на уравнение состояния нейтронных звезд. С гарантией будут представлены обработанные данные с рентгеновской установки NICER на борту МКС. Это специализированный инструмент, предназначенный для наблюдения двойных и одиночных нейтронных звезд с целью получения данных об их радиусах и массах. Первые статьи уже появились в декабре 2019 года (1912.05704–1912.05708), но основной поток будет в 2020-м. Кроме того, продолжаются наблюдения в третьем научном цикле на установках LIGO и VIRGO. Пока было зарегистрировано всего одно событие (GW170817), которое удалось увидеть и с помощью гравитационных волн, и в электромагнитном диапазоне. (Кстати, в 2019 году в спектре килоновой, связанной с этим транзиентом, был обнаружен стронций — 1910.10510. Это первое практически прямое доказательство синтеза тяжелых элементов в результате слияния нейтронных звезд.) Даже один-единственный случай позволил дать интересные ограничения на параметры поведения вещества при высокой плотности, но вдруг до апреля (когда гравитационно-волновые антенны снова встанут на апгрейд) еще раз повезет и что-то вспыхнет?

Упомянув о вспышках, трудно удержаться от рассказа о еще одном интересном результате. Впервые удалось зарегистрировать очень жесткое излучение от космических гамма-всплесков. Речь идет об энергиях порядка 1 ТэВ. Подобные фотоны регистрируют наземные установки, такие как MAGIC и HESS. Первая из них увидела всплеск GRB190114c (см. обзор в 1911.09862), а вторая — GRB180720B (1911.08961).

Об одном рекорде — самой массивной из известных нейтронных звезд — мы уже упомянули. Но в 2019-м была представлена и самая массивная сверхмассивная черная дыра: 40 млрд масс Солнца! Она находится относительно недалеко от нас — в 250 Мпк, в центральной галактике скопления Абель 85 (1907.10608). Поскольку черная дыра довольно старая, больших проблем с объяснением ее массы не возникает.

Другой «рекорд года», как мне кажется, более интересен. Сергей Копосов и его коллеги открыли самую быстро перемещающуюся звезду (1907.11725). Это самая обычная звезда главной последовательности. Ее масса около 2,3 солнечной. Сейчас она находится примерно в 9 кпс от нас. Но скорость! 1700 км/с!!! Благодаря данным спутника Gaia, кинематические параметры установлены достаточно точно. И это позволяет утверждать, что 4–5 млн лет назад она была выброшена из области центра Галактики. Это первая гиперскоростная звезда, для которой подобное можно утверждать однозначно и категорично. Значит, скорость свою она получила в результате взаимодействия с центральной сверхмассивной черной дырой. Когда-то двойная звезда подлетела к Sgr A* слишком близко, в итоге одна из звезд пары осталась на орбите у черной дыры, а вторая с огромной скоростью, позволяющей покинуть нашу Галактику, умчалась прочь. Наверное, в ближайшем будущем данные Gaia позволят изучить популяцию сверхскоростных звезд очень хорошо. Ждем новые релизы данных этого спутника.

2019-й многим запомнится как год, когда была обнаружена первая меж­звездная комета. Хотя в существовании таких комет причин сомневаться не было, а первый межзвездный астероид — Оумаумуа — был открыт в 2017-м, тем не менее: первая останется первой. Комета, открытая Геннадием Борисовым, сейчас уже удаляется от Солнца. Она стала первым межзвездным объектом, для которого благодаря спектральным исследованиям выбрасываемого кометой вещества мы смогли узнать даже некоторые детали химсостава. Наверняка в ближайшие лет 20–30 зонды смогут изучить вещество таких объектов непосредственно или даже доставят его на Землю для подробного лабораторного анализа.

Пока же другие миры мы изучаем удаленно. В первую очередь это, конечно, экзопланеты. Их исследование остается одной из самых активных областей астрономии, где происходит множество интересных открытий. И закрытий. Так, в статье 1901.00506 авторы проанализировали достоверность кеплеровских идентификаций ряда долгопериодических планет и пришли к выводу, что в ряде интересных случаев (например, речь идет о «двойниках» Земли — планетах Кеплер-186f и Кеплер-452b) нужны дополнительные наблюдения, а пока точности не хватает, чтобы говорить о надежном открытии. Это грустно.

Но давайте о радостном, например, о планетах с экстремальными параметрами. Среди таких рекордсменов можно назвать планету с самым коротким для горячих юпитеров орбитальным периодом (1909.12424). Похожий на Юпитер гигант NGTS-10b делает полный оборот вокруг своей звезды за 18,4 часа. Через какое-то время планета сольется со звездой из-за воздействия приливов. Когда именно, мы не знаем, поскольку теория приливов пока не слишком точна, значит, обнаружение еще одной планеты, для которой можно будет за несколько лет заметить изменение орбитальных параметров, довольно важно. Кстати, не знаем мы и как часто планеты сливаются со звездами. Опубликованные в 2019-м расчеты (1909.01719) говорят, что слияния, сопровождаемые заметными всплесками оптического излучения, происходят раз в несколько сотен лет в галактике типа нашей, так что не исключено, что строящийся Большой обзорный телескоп (Large Synoptic Survey Telescope — LSST) сможет обнаружить такие транзиенты. Пока же последствия поглощения планет выявляют по ускоренному вращению звезд, не­обычному составу их атмосфер и, возможно, выбросам вещества (1909.05259).
Изображение
Параметры планет. Жирными черными линиями и символами показаны новые данные по планетам системы HIP41378. Из статьи 1911.07355

Кроме рекордсменов, открывались планеты с любопытными, хотя и не рекордными параметрами. Например, это планета HIP41378f с очень низкой плотностью — 0,1 г/см3 (1911.07355). Причем, это не объяснить прогревом планеты звездой: температура внешних слоев всего 300 К. Возможно, мы видим не диск планеты, а кольцо. Тем интереснее! Ведь планета относится к сверхземлям (или мини-нептунам). Кольца у них пока не открывали.
Изображение
Параметры планет. Звездочкой показан гигант, обращающийся вокруг красного карлика. Из статьи 1909.12174

Для науки всегда полезны открытия, которые ставят теоретиков в тупик. Вот у красного карлика GJ 3512 открыли планету с массой Сатурна, большим эксцентриситетом (0,45) и орбитальным периодом 204 дня (1909.12174). И это странно. Потому что у карликовых звезд раньше не обнаруживали такие планеты (в некотором смысле исключение составляют три очень массивных объекта с массой более 10 юпитерианских, выявленных методом микролинзирования, но это отдельная история). В стандартном сценарии формирования, когда планета постепенно растет за счет слипания частиц, поглощения других тел и, наконец, аккреции газа, массивные планеты не возникают у самых легких звезд. Так откуда? У теоретиков, что не удивительно, есть и другой сценарий — неустойчивость во внешних частях протопланетного диска. Тогда сразу можно делать массивные тела (скорее проблема в том, как их уберечь от последующего разрушения). Но и тут есть количественные вопросы: для развития неустойчивости нужны массивные диски, а они у легких звезд возникают редко (представьте: диск массивнее самой звезды!). В общем, есть над чем поразмышлять.

Пока теоретики думают, наблюдатели наблюдают. Иногда прямо диву даешься, какие только методики они ни придумали! Например, удается изучать одиночные (т. е. не обращающиеся вокруг звезд) планеты аж в других галактиках. Помогает гравитационное микролинзирование. Причем не простое, а линзирование рентгеновской спектральной линии. Далекий квазар линзируется на галактике. В спектре квазара есть спектральная линия, чья форма имеет весьма причудливый вид из-за того, что излучает вещество во внутренних частях аккреционного диска вокруг сверхмассивной черной дыры. Линзирование на объектах галактики-линзы меняет форму линии. Именно по этим изменениям и можно понять, объекты какой массы участвуют в процессе. Так вот, анализ показывает, что в паре случаев не обойтись без объектов планетных масс (1909.11610). По-моему, просто фантастика!

Наконец, в самом конце года был объявлен еще один любопытный результат, связанный уже с планетами вокруг белых карликов. Сама идея присутствия планет (и более мелких тел) вблизи таких объектов может показаться странной, ведь красные гиганты (предшествующие белым карликам стадии звезд) прекрасно «очищают» пространство вокруг (вплоть до нескольких астрономических единиц) от всех объектов. Тем не менее уже давно в атмосферах белых карликов начали открывать тяжелые элементы, которые могли попасть туда лишь в результате недавнего падения вещества разрушенных астероидов или планет, а в одном случае обнаружен даже шлейф вещества, вращающийся вокруг карлика после разрушения небольшого спутника. Новое открытие (1912.01611) ведет нас еще дальше.

В спектре белого карлика WD J0914+1914 обнаружены детали, свидетельствующие о том, что вокруг звездного остатка существует газовый диск, в котором помимо вездесущего водорода есть кислород и сера. Рассмотрение различных вариантов происхождения этого газа привело к выводу, что на расстоянии нескольких миллионов километров от поверхности карлика вращается планета с толстой атмосферой. И вот она-то потихоньку «испаряется» под воздействием излучения белого карлика. Наверняка вскоре удастся получить и более прямые доказательства существования планеты. Вряд ли тут есть место спорам и сомнениям.
Изображение
Данные по значениям современной постоянной Хаббла, полученные разными методами. Из статьи 1907.10625

А споры и сомнения — это самое интересное! Без них не будет науки. В 2019 году самая активная полемика велась вокруг расхождений в значениях современной постоянной Хаббла, получаемых разными методами. Интрига в первую очередь в том, что данные по наблюдениям реликтового фона и данные по сверхновым значимо расходятся друг с другом. По-крайней мере, так полагают многие авторитетные астрофизики. Подробности можно почерпнуть в статье 1907.10625. В чем тут причина, неясно. Может быть, просто кто-то что-то делает не так. А может быть, придется уточнять космологическую модель, ведь данные по реликту относятся к молодой Вселенной, а по сверхновым — практически к современной нам. Это интригует. Масла в огонь подлили авторы статьи 1911.02087. Анализируя наблюдения, проведенные на спутнике «Планк», они предлагают в свете новых данных по реликтовому фону детально рассмотреть возможность того, что кривизна нашей Вселенной не равна нулю. Это приведет к существенному пересмотру основных космологических параметров, если, конечно, не найдется других объяснений аномалиям, обнаруженным «Планком».

Другой спор начал разгораться в конце года после публикации работы 1911.11989. В ней авторы представили черную дыру большой массы (примерно 70 солнечных) в обычной двойной системе в нашей Галактике. Для такой двойной это много, и описать в рамках стандартных предположений появление подобной пары очень и очень непросто. Конечно, сразу же появилось несколько теоретических сценариев, всё объясняющих. Но важнее то, что было и много публикаций, прямо-таки оспаривающих выводы авторов: да, дыра есть, но она вовсе не такая массивная. Наверное, новый 2020 год внесет ясность.

Что еще нам ждать, кроме уточнения массы черной дыры, данных по уравнению состояния нейтронных звезд и новых открытий, связанных с быстрыми радиовсплесками?

В 2020-м выйдет очередной релиз спутника Gaia, точнее, его первая часть. Сам аппарат уже завершил основную программу, но наблюдения продолжаются, поскольку аппарат находится в прекрасном состоянии (вероятно, они продлятся минимум до 2023 года, дальнейшая судьба спутника пока неясна). Данные с Gaia важны в первую очередь для изучения звездного населения Галактики. Но постепенно они могут дать много нового и для внегалактической астрономии, и для Солнечной системы, и для экзопланет. Что касается последних, то теперь для их наблюдений на орбите есть еще один аппарат — европейский спутник Cheops, выведенный на орбиту в декабре. Он предназначен не для открытия новых, а для более детального изучения известных планет, уже обнаруженных с помощью наблюдений периодических вариаций лучевой скорости звезд.
Изображение
«Спектр-РГ». (Роскосмос)

Этот метод открытия планет достаточно трудоемкий и не всегда дает положительный результат. Поэтому важно знать, куда смотреть. В самом конце года в Nature Astronomy вышло три статьи, где была представлена новая методика выделения звезд для поиска планет и продемонстрирована ее эффективность (пока статьи доступны только в журнале онлайн, в arXiv.org должны появиться уже в 2020-м3). Идея в том, что звезды начинают испарять внешние слои планет, если те подобрались слишком близко. Этот газ влияет на спектры звезд, что можно заметить в наблюдениях. Авторы организовали специальную программу по поиску звезд с аномалиями в спектрах, а затем для нескольких систем провели наблюдения лучевых скоростей звезд. В результате было обнаружено три очень интересные планетные системы. Подробнее об этом открытии можно прочесть в отдельной научно-популярной статье4.

Наконец, нельзя не упомянуть еще одно важное для нас событие — запуск российского спутника «Спектр-РГ». Это рентгеновская обсерватория с двумя телескопами (немецкий eROSITA и российско-американский ART-XС), которая до конца 2023 года будет проводить обзоры неба. За четыре года их будет сделано восемь штук. Если что-то интересное вспыхнет (и попадет в поле зрения), то уже в ­2020-м можно надеяться на интересные результаты. Вообще, самые интересные результаты — непредсказуемые!

Сергей Попов,
вед. науч. сотр. ГАИШ МГУ, профессор РАН

1 xray.sai.msu.ru/~polar/sci_rev/current.html

2 arxiv.org/abs/1906.11238

3 doi.org/10.1038/s41550-019-0972-z

4 meduza.io/feature/2019/12/28/uchenye-nashli-neskolko-ekzoplanet-vyzhzhennyh-zvezdami-do-sostoyaniya-ogarkov
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33795
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1022   morozov »

Физики объяснили отсутствие симметрии в квантовой гравитации
Георгий Голованов
Вчера, 15:30

Ученые из США и Японии пришли к выводу, что когда гравитация сочетается с квантовой механикой, симметрия - один из фундаментальных принципов природы - невозможна.

Симметрия считается одним из руководящих принципов в раскрытии фундаментальных законов природы. В физике она означает, что законы — как отражения в зеркале — остаются равны себе, но меняют сторону после применения. Ученые, ищущие законы, которые могли бы объяснить и микроскопический мир элементарных частиц, и макроскопический мир Вселенной, надеются, что они будут обладать свойством симметрии. Однако исследование теоретиков из Университета Токио (Япония) и из MIT (США) доказывает, что на самом фундаментальном уровне у природы нет симметрии, пишет Phys.org.
Учимся зарабатывать на технологических компаниях. Встречайте наш новый проект - рассылку Money+

В физическом мире действуют четыре фундаментальных взаимодействия: электромагнитное, сильное и слабое, а также гравитация. Последнее — единственное, которое не имеет объяснения на квантовом уровне. Ее действие на большие объекты — планеты или звезды — можно заметить относительно легко, но в мире элементарных частиц все гораздо сложнее.

Для того чтобы понять работу гравитации на квантовом уровне, физики из США и Японии начали с голографического принципа, который объясняет трехмерные феномены воздействия гравитации на двухмерное пространство, не подверженное гравитации. Это не точное воспроизведение нашей Вселенной, но достаточно близкое, чтобы исследовать ее основные аспекты.

Ученые доказали, что если гравитационная теория подчиняется голографическому принципу, симметрия невозможна.

Предшествующее исследование обнаружило точную математическую аналогию между голографическим принципом и квантовыми кодами, исправляющими ошибки, которые защищают информацию в квантовом компьютере. Новейшая работа показывает, что такие квантовые коды несовместимы ни с какой симметрией. Это значит, что такая симметрия невозможна в квантовой гравитации.

Вывод ученых имеет ряд важных последствий: в частности, он предсказывает, что протоны сохраняют стабильность, не распадаясь на другие элементарные частицы, а также то, что магнитные монополи существуют.

Австрийские ученые смогли объединить ключевые элементы двух теорий: квантовой механики и гравитации. Они установили, что когда массивный объект помещается в квантовую суперпозицию вблизи часов, их временной порядок может стать истинно квантовым, в противоположность любому классическому описанию.
____________________________
Нетрудно обнаружить противоречия в науке, которой нет.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33795
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1023   morozov »

Доказана общая теория относительности Эйнштейна
17:26, 31 января 2020
Наука и техника

Ученые Технологического университета Суинберн в Австралии и Общества Макса Планка в Германии доказали существование эффекта Лензе — Тирринга, предсказанного в рамках общей теорией относительности Эйнштейна. Это явление, также называемое увлечением инерциальных систем отсчета, заключается в появлении дополнительных ускорений тела, находящегося вблизи массивного вращающегося объекта. Об этом сообщает издание Science Alert.

Исследователи с помощью радиотелескопа изучили бинарную систему PSR J1141-6545, состоящую из белого карлика и радиопульсара, частота вращения которого равна 150 оборотам в минуту. Обе звезды обращаются вокруг друг друга менее чем за пять часов. Оказалось, что наклон орбиты пульсара медленно меняется из-за эффекта Лензе — Тирринга, вызванного вращением белого карлика. Наблюдения согласуются с эволюционным сценарием, согласно которому белый карлик перетягивает на себя вещество, оставшееся от предшественника пульсара.

Ранее ученые Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе пришли к выводу, что в центре Млечного Пути может находиться вторая сверхмассивная черная дыра. Исследователи также доказали теорию относительности Эйнштейна, наблюдая за изменением длин волн спектра, которые испускает звезда, проходившая мимо черной дыры.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33795
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1024   morozov »

Уникальная система звезд подтвердила теорию относительности
Георгий Голованов
31 янв., 14:43

Через сто лет после того, как Альберт Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности, находятся новые доказательства ее правоты. Австралийские астрономы впервые увидели, как пара плотных звезд увлекает за собой ткань пространства-времени.

Международная группа ученых под руководством астрономов из Австралии обратила внимание на систему PSR J1141-6545, состоящую из двух мертвых звезд, вращающихся одна вокруг другой. Одна из них — белый карлик размером примерно с Землю, но в 300 000 раз плотнее, а другая — пульсар, шар диаметром 20 км, но массой в 100 млрд раз выше массы нашей планеты. Пульсар обращается вокруг белого карлика за пять часов, кроме того, обе звезды очень быстро вращаются вокруг своих осей.

В общей теории относительности гравитация — результат воздействия массы на ткань пространства-времени. Через несколько лет после публикации ОТО австрийские физики Йозеф Лензе и Ганс Тирринг предложили концепцию увлечения инерциальных систем отсчета. То есть того, что вращающиеся объекты будут «тянуть за собой» пространство-время, пишет Phys.org.

В большинстве случаев этот эффект слишком незначителен, так что он оставался неподтвержденным на протяжении более сотни лет. Но теперь исследователи обнаружили доказательства.

Астрономы изучали систему PSR J1141-6545 в течение 20 лет, наблюдая за тем, как звезды взаимодействуют между собой. И в долгосрочной перспективе заметили постепенное изменение, которое можно объяснить эффектом Лензе — Тирринга. Дело в том, что пульсары ведут себя как часы, излучая энергию через определенные промежутки времени. Но если наблюдатель фиксирует нарушение ритма, он вправе предположить какое-то вмешательство в сигнал.

«Проведя параллель между регулярными вспышками света пульсара и тиканьем часов, мы увидели и распутали ряд гравитационных эффектов, меняющих конфигурацию орбиты и время прибытия ритмичных импульсов, — пояснил Эван Кин, автор исследования. — В данном случае мы впервые увидели в звездной системе прецессию Лензе — Тирринга, доказывающую общую теорию относительности».

В начале года международная команда ученых доложила о первом доказательстве существования эха в сигналах гравитационных волн. Оно вызвано микроскопическим квантовым «пушком» молодых черных дыр. Этот эффект предсказывал Стивен Хокинг.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33795
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1025   morozov »

Физики заморозили 100 миллионов атомов при комнатной температуре

Изображение
Схема эксперимента: частицу размером около 150 нанометров поместили в резонатор (серые стенки) с помощью оптического пинцета (фиолетовый луч) и затем провели частотный анализ резонатора с использованием гетеродинной схемы (обозначено зеленым)

Uroš Delić et al. / Science, 2020

Ученые из Австрии и США смогли поймать частицу, состоящую из 100 миллионов атомов, с помощью лазера и практически заставить ее остановиться при комнатной температуре. Частица находилась в основном квантовом состоянии с эффективной температурой 12 микрокельвинов. Работа опубликована в журнале Science.

Известно, что микроскопические объекты, размером пару атомов, описываются законами квантовой механики. Такие объекты естественным образом могут быть использованы в квантовых технологиях: при проектировании высокочувствительных сенсоров или симуляторов сложных макроскопических систем. Однако, создание больших когерентных объектов, которые состоят из миллионов атомов, — открытая проблема на сегодняшний день.

Физики из Венского университета и MIT создали макроскопическую суперпозицию внутри частицы диоксида кремния, которая содержала в себе 100 миллионов атомов. Ученые поместили частицу в резонатор с помощью оптического пинцета — устройства, в котором используется достаточно мощный лазер для удержания объекта в фиксированном положении в пространстве с точностью в несколько нанометров.

С помощью частотного анализа резонатора физики измерили энергию движения частицы и её температуру, а также время жизни этого состояния. Благодаря точному подбору параметров оптического пинцета исследователи заставили частицу быть в основном квантовом состоянии с наименьшей возможной энергией.

Эффективная температура охлаждаемого объекта составляла всего 12,2 ± 0,5 микрокельвина, а среднее число фононов было 0,43 ± 0,03. Число фононов характеризует энергию механического движения частицы — это первый раз, когда физикам удалось достичь столь малого числа при комнатной температуре. Время жизни созданного состояния составило 7,6 ± 1 микросекунда.

В дальнейших экспериментах исследователи планируют увеличить время когерентности системы, используя более совершенные резонаторы.

Проведенный физиками эксперимент открывает возможности для макроквантовой физики. Это, в свою очередь, поможет в создании высокоточных детекторов, в том числе и детекторов темной материи. Помимо технического применения, такие системы могут помочь физикам выявить квантовые эффекты в гравитации.

Михаил Перельштейн
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33795
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1026   morozov »

Hubble заснял спиралевидный объект в созвездии Рыб
Текст: Денис Передельский

Изображение
Фото: ESA/Hubble & NASA, A. Riess et al.

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства NASA представило изображение спиралевидной галактики, сделанное космическим телескопом Hubble.

Как сообщается на сайте NASA, объект представляет собой решетчатую спираль, известную под названием NGC 7541. Он расположен в направлении созвездия Рыб примерно в 110 миллионах световых годах от нас и составляет пару вместе со своим соседом, галактикой NGC 7537.

Решетчатая спираль - это галактика с вращающимися кольцами, спиральными рукавами и ярким центром, который пересекается полосой из газа и звезд. Последняя проходит непосредственно через центральную область галактики.

Ученые предполагают, что эта полоса вызывает активность и "несколько оживляет центр галактики", подпитывая мириады процессов, которые происходят в данном регионе.

Речь идет о процессах звездообразования. Возможно, без указанной полосы эти механизмы никогда не были бы запущены. Подобные процессы характерны примерно для двух третей известных науке спиральных галактик, включая наш собственный Млечный Путь.

"На самом деле NGC 7541 имеет более высокую, чем обычно, скорость звездообразования, - пишут исследователи. - Это добавляет веса теории, что спиральные стержни действуют как звездные питомники, загоняя и направляя внутрь материал и "топливо", необходимые для создания и воспитания новых звезд-младенцев"
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33795
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1027   morozov »

Изображение

Ученые впервые сфотографировали фундаментальное явление квантовой физики, пугавшее Эйнштейна (ФОТО)
14 июл 2019, 16:56
2099

Ученики из шотландского Университета Глазго сделали первый в истории снимок квантовой запутанности.

Это первый раз, когда людям удалось заснять взаимодействие частиц, которое лежит в основе науки о квантовой механике и является основой квантовых вычислений, сообщает Science Alert.

Квантовая запутанность — это феномен, при котором квантовые состояния нескольких частиц оказываются взаимосвязанными независимо от расстояния между ними. Это явление настолько странное, что Эйнштейн в свое время назвал его «жуткой деятельностью на расстоянии».

Он с коллегами довел, что если квантовая механика полностью бы отражала реальность, то знания о состоянии одной части запутанной системы автоматически давали бы информацию о состоянии другой. Это означало бы, что информация может передаваться быстрее, чем скорость света, что невозможно по законам классической физики.

В квантовой механике частицы одновременно являются и волнами без определенного положения в пространстве. Только когда появляется наблюдатель, они принимают одно из квантовых состояний. Запутанные частицы влияют на выбор состояния друг друга, даже если между ними большое расстояние.

Шотландские ученые разделили пару запутанных фотонов, направив один из них через жидкокристаллический материал, известный как борат-β-барий (нелинейный оптический кристалл), вызывая четыре фазовые переходы, а другой — сразу на детектор. Камера сняла момент, когда оба фотона подвергались одинаковым преобразованиям, хотя и находились в разных условиях. Это и является моментом квантовой запутанности.

Изображение
Запутанные фотоны, фото: Science Advances

Изображение
Схема эксперимента, фото: Science Advances
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33795
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1028   morozov »

Физики свернули гетероструктуры в одномерные трубки
Изображение
Xiang et al. / Science, 2020

Группа ученых из Японии, Китая и Финляндии впервые синтезировала одномерные гетероструктуры, в которых различные атомные слои расположены соосно. Этот эксперимент показывает, что все известные двумерные материалы могут быть свернуты в их одномерные аналоги, что позволяет использовать полезные свойства, присущие только одномерным структурам. Работа опубликована в журнале Science.

Низкоразмерные материалы, состоящие из единичных атомов, сначала изготавливались из углерода (фуллерены, нанотрубки, графен), но сегодня ученым доступен целый спектр двумерных материалов, которые можно объединить в гетероструктуры, например путем механического переноса или самосборки в растворе. Комбинации двумерных кристаллов с различными свойствами приводят к образованию ван–дер-ваальсовых гетероструктур с новыми функциональными возможностями. При правильной комбинации можно получить одномерные структуры, которые имеют ряд полезных свойств, такие как дополнительная топологическая защищенность.

Ученые создали одномерную гетероструктуру путем нанесения нитрида бора (BN) или дисульфида молибдена (MoS2) на одностенные углеродные нанотрубки (SWCNT). В отличие от результатов ранних попыток получения одномерных гетероструктур, внешние оболочки BN и MoS2 представляют собой монокристаллические бесшовные идеальные цилиндры. Кроме того, авторы показали, что на углеродной трубке можно вырастить несколько слоев BN, а затем слой MoS2, что позволяет создать многослойные трубчатые структуры.
Изображение
(А) Многослойный материал, который состоит из разных двумерных гетероструктур. (B) Многослойный материал, который состоит из концентрических нанотрубок, полученных из свертки двумерных гетероструктур.

Xiang et al. / Science, 2020
Поделиться

Ученые показали хорошо контролируемое изготовление коаксиальных трубок SWCNT-BNNT и SWCNT-BNNT-MoS2 с диаметром меньше пяти нанометров и разработали общий рецепт изготовления такого рода одномерных гетероструктур.

Материалы, изученные физиками, графитовый углерод, MoS2 и BN, используют в качестве твердых смазочных материалов в их плоском двумерном состоянии, таким образом, одномерные гетероструктуры, разработанные учеными, можно использовать в качестве наноразмерных подшипников, что приближает ученых к созданию наномеханизмов.

Ранее мы писали как другая японская группа разработала аппарат, который собирает одноатомные пленки в гетероструктуры, а в 2018 году ученые использовали похожую гетероструктуру для изменения свойств графена.

Михаил Перельштейн
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33795
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1029   morozov »

Физики освоили рапидную съемку в терагерцовом диапазоне
Изображение
Вращающееся колесо с прорезями, снятое в терагерцовом диапазоне
L. A. Downes et al. / Physical Review X, 2020

Ученые нашли способ фиксировать терагерцовое излучение с высокой частотой кадров. Для этого они пропускали сигнал сквозь пар из атомов цезия, которые превращали электромагнитные волны дальнего инфракрасного диапазона в зеленый свет, доступный для фиксации обычной камерой. В результате удалось впервые записать терагерцовое видео с частотой в три тысячи кадров в секунду, при этом сохраняя высокое разрешение и чувствительность, пишут авторы в журнале Physical Review X.

Терагерцовое излучение — это диапазон электромагнитных колебаний между инфракрасным спектром и радио. Длина этих волн примерно равна от 0,01 до 3 миллиметра, их также называют Т-лучами или субмиллиметровым излучением — последний термин принят в астрономии. В зависимости от контекста эти волны относят то к дальнему инфракрасному диапазону, то к микроволновой части радио диапазона.

Терагерцовое излучение представляет интерес как с точки зрения фундаментальной науки, так и в плане прикладных применений. С одной стороны, периоды колебаний терагерцовых волн примерно соответствуют типичному времени многих физических явлений, таких как колебания электронов в твердых телах и вибрации кристаллических решеток, с другой — это излучение можно использовать для просвечивания объектов с целью обеспечения безопасности или для получения медицинской информации.

Основная проблема в сфере изучения терагерцовых волн — недостаточное развитие методов генерации и регистрации. Источники и приемники существуют, но первые недостаточно эффективны, чтобы создавать яркий поток, а вторые обладают низкой чувствительностью, из-за чего им требуется время накопления сигнала, ограничивающее максимальную частоту съемки.

Британские физики из Даремского университета под руководством Кевина Уэверилла (Kevin Weatherill) придумали и реализовали новый метод фиксации терагерцового излучения, который позволяет записывать видео с частотой в тысячи кадров в секунду. Ключевой использованной идеей было преобразование сигнала с повышением частоты при прохождении излучения сквозь облако возбужденных атомов цезия. В результате после взаимодействия с атомами получался поток зеленого света видимого диапазона, который записывался обычной высокоскоростной камерой.
Изображение
Схема установки. Красным показаны вспомогательные лазеры, синим — поток терагерцового излучения, зеленым — непосредственно фиксируемый зеленый свет
L. A. Downes et al. / Physical Review X, 2020

Преобразование с повышением частоты (апконверсия фотонов) происходило при взаимодействии с атомами цезия, находящимися в ридберговском состоянии, то есть при наличии одного высоковозбужденного электрона. Апконверсия заключается в поглощении одного фотона и последующем испускании фотона более высокой энергии. Выбор подходящего атома в нужном состоянии позволяет добиться высокой вероятности апконверсии и малого времени переизлучения. В данном случае поглощение терагерцового кванта света в 52,4 процентах случаев приводило к рождению фотона видимого диапазона.

Облако атомов находилось при температуре около 50 градусов Цельсия в кварцевой ячейке, а нужное состояние поддерживалось за счет трех лазеров, которые постоянно заново возбуждали атомы. Авторы просвечивали различные объекты излучением с частотой в 0,55 терагерц от постоянного источника и фокусировали его на облаке атомов. В результате ученым удалось записать видео с частотой до трех тысяч кадров в секунду, при этом сохраняя близкую к дифракционному пределу разрешающую способностью. Также данная система выгодно отличается от аналогов одновременной фиксацией полных кадров, а не попиксельным сканированием, как в случае многих аналогов.

Исследователи отмечают, что дополнительные усовершенствования могут значительно улучшить систему. В частности, предельная частота кадров ограничена временем жизни данного возбужденного состояния атома цезия, которое составляет 0,8 микросекунд. Это значит, что теоретически возможно создавать видео примерно с миллионом кадров в секунду. Также существует много других атомов с подходящими переходами, что позволяет создавать «многоцветное» видео, комбинируя несколько спектральных каналов.

Ранее ученые зарегистрировали терагерцовое излучение воды, сгенерировали рекордно мощные импульсы терагерцового излучения и впервые создали лазер терагерцового диапазона, не требующий криогенного охлаждения.

Тимур Кешелава
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33795
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1030   morozov »

Разгадана загадка взаимодействия частиц, открывающих уникальные возможности для полностью оптической обработки информации 6.1

Команда ученых из Лаборатории гибридной фотоники Сколковского института науки и технологий (Сколтех) и Университета Шеффилда (Великобритания) совершила прорыв в понимании явлений сильного взаимодействия света с органическими молекулами. Принципы сильной связи открывают уникальные возможности для полностью оптической обработки информации в обход потерям скорости и энергии сигналов при преобразовании в ток.
Сколтех
Изображение
Разгадана загадка взаимодействия частиц, открывающих уникальные возможности для полностью оптической обработки информации / ©Пресс-служба Сколтеха

Результаты исследований опубликованы в журнале Nature Communications Physics. Им также посвящена отдельная статья в февральском номере Nature Physics. Исследование проведено при поддержке Российского научного фонда.

Органические вещества – базовый строительный материал всех живых организмов. А взаимодействие органических молекул со светом – главный процесс в жизни растений, обеспечивающий возможность существования жизни на Земле.

Кроме того, органические материалы активно используются для создания светоизлучающих устройств, гибкой электроники, солнечных батарей, фоточувствительных сенсоров и многих других устройств. Сегодня существует целая индустрия органической оптоэлектроники, и органические светодиодные дисплеи (OLED) – известный пример коммерческого использования органических молекул.

Лаборатория гибридной фотоники Сколтеха во главе с профессором Павлосом Лагудакисом разрабатывает новые принципы оптоэлектроники, основанные на сильном взаимодействии света с органическими материалами. Главным отличием от традиционных подходов является то, что при таком режиме взаимодействия происходит «смешение» света, то есть фотонов, и электронных возбуждений молекул – экситонов. В результате возникают новые частицы — поляритоны, которые сочетают в себе высокую скорость распространения света и электронные свойства вещества.

«Меняет ли это наш мир? Несомненно! Сильная связь может замедлять фотодеградацию молекул, изменять ход фотохимических реакций, а кроме того, наделяет фотоны способностью взаимодействовать друг с другом. Последнее свойство позволяет создавать эффективные устройства обработки оптических сигналов», — рассказывает профессор Павлос Лагудакис.

Сейчас проблема обработки больших объемов информации в оптоволоконных сетях решается путем преобразования света в электрические сигналы. Принципы сильной связи открывают уникальные возможности для полностью оптической обработки информации в обход потерям скорости и энергии сигналов при преобразовании в ток. За последние десять лет удалось достичь значительных успехов: от создания первого органического поляритонного лазера до наблюдения сверхтекучих поляритонных потоков, распространяющихся без потерь при комнатной температуре, и изобретения первого органического сверхбыстрого оптического транзистора. Следует отметить, что Сколтех является одним из мировых лидеров в органической поляритонике.

Однако, несмотря на значительный прогресс в данной области, механизмы взаимодействия поляритонов в органических системах долгое время оставались неясными и являлись причиной жарких споров в научном сообществе. Наконец, загадка поляритонных взаимодействий решена. Исследование команды из Сколтеха ставит точку в данном вопросе.

Ученые провели глубокое экспериментальное исследование и выявили закономерности в свойствах поляритонных конденсатов – состояние, в котором одновременно находятся сотни и даже тысячи поляритонов, идентичных друг другу.

«Из экспериментов известно, что при конденсации поляритонов в органике происходит резкий сдвиг спектральных свойств, причем этот сдвиг всегда приводит к увеличению частоты поляритонов. Это является индикатором нелинейных процессов, протекающих в системе, так же, как, например, изменение цвета металла по мере его нагрева», — рассказывает первый автор статьи, младший научный сотрудник Лаборатории гибридной фотоники Тимур Ягафаров.

Анализ экспериментальных данных позволил установить ключевые зависимости сдвига частоты поляритонов от важнейших параметров взаимодействия света с органическими молекулами. Впервые обнаружено сильное влияние переноса энергии между соседними молекулами на нелинейные свойства поляритонов. Теперь ученые знают, что является движущей силой поляритонов. Используя построенную теорию, можно определить экспериментальные параметры, необходимые для связи нескольких поляритонных конденсатов в единую цепь для построения поляритонных процессоров.
Изображение
©Пресс-служба Сколтеха

С фундаментальной точки зрения, полученные знания, возможно, позволят объяснить явление сверхтекучести поляритонов в органике. «Полученные результаты имеют важное значение не только для нашей области исследований, но и за ее пределами. Обнаруженные механизмы нелинейности поляритонов носят общий характер и, вероятно, являются универсальными для органических систем с сильной связью», — комментирует старший научный сотрудник Лаборатории гибридной фотоники Антон Заседателев.

https://www.nature.com/articles/s41566-019-0392-8
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33795
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1031   morozov »

Британский крест китайских ученых: элемент памяти на новом типе доменной структуры в FeRh

Когда говорят о магнитной памяти, чаще всего подразумевается, что физической реализацией битов служат домены в ферромагнетике или похожие на них области с одинаковой намагниченностью в записывающей среде. Значительно реже говорят о памяти на антиферромагнитных доменах, в основном в контексте спинтроники антиферромагнетиков. А вот исследователи из Tsinghua Univ. и Fudan Univ. (Китай) предлагают использовать для записи информации состояние, в котором сосуществуют антиферромагнитные и ферромагнитные домены [1].

Такая необычная ситуация реализуется в сплаве железа и родия: при одинаковом содержании двух элементов переход от антиферромагнитной фазы к ферромагнитной происходит при нагревании сплава в области комнатных температур. Поскольку этот фазовый переход относится к первому роду, то в определенном диапазоне температур ферромагнитная и антиферромагнитная фазы сосуществуют, образуя подобие доменной структуры. При этом два типа доменов отличаются по проводящим свойствам, что позволяет судить о состоянии доменной структуры, проводя измерения магнитотранспортных свойств FeRh.

Для этого авторы [1] использовали структуру, представляющую собой соединенные Георгиевский и Андреевский кресты (в эти дни, когда Британия готовится к своему “прыжку в неизвестность”, трудно отделаться еще и от ассоциации с флагом Соединенного Королевства). Такая структура позволяет одновременно измерять холловское и обычное сопротивления (рис. 1), а также исследовать анизотропию сплава.

Изображение
Рис. 1. Схема измерений магнитотранспортных свойств пленки Fe49.5Rh49.5Pt
толщиной 30нм на подложке из MgO (001):
rxx и rxy – обычное и холловское сопротивления, соответственно.

Так, было замечено, что поперечное напряжение за счет эффекта Холла возникает только тогда, когда ток пропускают вдоль сторон прямого креста (т.е. в направлении [110] и перпендикулярном ему), что связано с анизотропией в расположении доменных границ между ферромагнитной и антиферромагнитной фазами. Как видно из рис. 2 расположение ферромагнитной области (оранжевая область на рис. 2c, d) вдоль реек косого креста за счет ее повышенной проводимости приводит к преимущественному рассеянию электронов в вертикальном направлении, причем знак холловского напряжения зависит от того вдоль какой из диагоналей вытянуты ферромагнитные домены. Таким образом, по сигналу холловского напряжения, снимаемого с вертикальных электродов на рис. 2а, b можно судить о величине и расположении ферромагнитных доменов в антиферромагнитном окружении, т.е. считывать информацию о микромагнитной структуре элемента.

Изображение
Рис. 2. Магнитотранспортные свойства пленки FeRh. Условными цветами показан сигнал холловского поперечного напряжения нормированного на продольное Vxy/Vxx и удельная проводимость s [1]

Но для создания полноценной памяти необходимо еще и уметь записывать информацию. В большинстве работ, посвященных сплаву железо-родий, баланс между ферромагнитной и антиферромагнитной фазами смещают магнитным полем или механическим напряжением. В данной же работе воздействие осуществляется током высокой плотности – порядка МА/см2. Правда, без магнитного поля здесь тоже не обходится, причем довольно сильного – около 6 Тл. Увеличивая плотность тока от величины 105 А/см2, соответствующей токам считывания, до 107 А/см2, можно наращивать относительную долю ферромагнитной фазы, от которой зависит величина холловского сопротивления элемента. Авторы [1] предлагают сразу несколько механизмов возникновения ферромагнитной фазы под действием тока, среди которых как простой нагрев вследствие джоулева тепла, так и намагничивание за счет эффекта передачи спинового момента (spin transfer torque).

В заключение, можно предположить, что элементы устройств памяти на основе сплава железо-родий вовсе не обязательно будут иметь вид британского флага, но сама идея об управлении доменными границами между ферромагнитной и антиферромагнитной фазами с помощью тока, может иметь развитие в спинтронике.

А. Пятаков

1. X.Z.Chen et al., Phys. Rev. Appl. 11, 024021 (2019).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33795
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1032   morozov »

Кубиты на основе квантовых точек в германии
1 февраля 2020
N.W. Hendrickx (Делфтский технический университет, Нидерланды) и соавторы создали квантовые биты — кубиты в германии, которые по ряду характеристик превосходят кубиты в кремнии. Вместо электронных состояний в квантовых точках в случае кремния, в германии применялись дырочные состояния. Квантовые уровни дырок хорошо разнесены по энергии, что повышает точность работы кубита. Две квантовые точки в плоском образце германия находились между управляющими электродами. Сильная спин-орбитальная связь и эффект кулоновской блокады позволяли управлять кубитами электрическим полем без необходимости в дополнительных устройствах. Был продемонстрирован как единичный кубит, так и двухкубитная логическая ячейка. В первом случае квантовая точность составила 99,3 %, и удавалось производить операции со временем срабатывания 20 нс. В двухкубитном варианте для связи кубитов использовался туннельный эффект, и был создан логический вентиль «контролируемое отрицание» (CNOT) со временем срабатывания 75 нс. Таким образом, квантовые точки в германии оказались одной из наиболее перспективных платформ для квантовых вычислений. Источник: Nature, онлайн-публикация от 13 января 2020 г.

Антиферромагнитный топологический изолятор
1 февраля 2020
Международной группой ученых с участием российских исследователей из Санкт-Петербургского и Томского государственных университетов, Института физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск) и Института твердого тела РАН (Черноголовка) показано, что соединение MnBi2Te4 совмещает в себе топологический изолятор и антиферромагнетик. Эти свойства MnBi2Te4 были предсказаны теоретически путем вычислений «из первых принципов», а затем подтверждены в эксперименте с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением. Топологический изолятор — это материал с электропроводящей поверхностью и непроводящим объемом. Измерения намагниченности при различных температурах и величинах магнитного поля показали наличие в MnBi2Te4 трёхмерной антиферромагнитной упорядоченности при температуре в точке Нееля 24,2(5) K. Ранее магнитные топологические изоляторы получались только путём допирования немагнитных топологических изоляторов металлами, что приводило к сильной неоднородности. Напротив, MnBi2Te4 имеет собственные магнитные свойства даже без допирования, поэтому его характеристики однородны. Антиферромагнитные топологические изоляторы могут найти важные применения как в фундаментальных исследованиях, так и в спинтронике. О спинтронике см. в УФН 189 849 (2019), а о топологических изоляторах см. в УФН 187 411 (2017), УФН 188 1226 (2018) и УФН 188 1129 (2018). Источник: Nature 576 416 (2019)

Неустойчивость в квантовом газе, вызванная диссипацией
1 февраля 2020
Известно, что взаимовлияние процесса когерентной эволюции и диссипации может быть причиной нетривиальных эффектов, таких как диссипативные фазовые переходы и др. T. Esslinger (Швейцарская высшая техническая школа Цюриха) и его коллеги исследовали взаимодействие когерентной квантовой эволюции и диссипации в бозе-эйнштейновском конденсате атомов 87Rb. Атомы конденсата могли находиться в двух зеемановских состояниях, и в конденсате могли возбуждаться две моды возмущений: мода, связанная с модуляцией плотности числа атомов, и мода модуляции спиновой плотности. Связь между модами осуществлялась через рассеяния фотонов стоячей волны лазерного излучения в резонаторе. Оказалось, что система может эволюционировать по круговому пути в фазовом пространстве двух мод. Это поведение удалось понять с помощь механической аналогии с неконсервативной силой, зависящей от положения. Наблюдался фазовый переход между режимом, в котором возбуждена только одна мода, и режимом с двумя возбужденными модами. Также была обнаружена область неустойчивости, в которой обе моды синхронизированы за счет сильной диссипативной связи между ними. О неравновесной динамике см. в УФН 187 817 (2017). Источник: Science 366 1496 (2019)

Вращение сверхтекучей жидкости
1 февраля 2020
Вращение квантовых сверхтекучих жидкостей исследовалось во множестве работ как теоретически, так и экспериментально (см., например, УФН 143 73 (1984), УФН 165 829 (1995), УФН 185 970 (2015) и УФН 189 1104 (2019)). Интересен случай, когда частота вращения приближается к удерживающей частоте потенциала атомной ловушки или превышает её. В этом случае, согласно расчётам, должны возникать кольцевые структуры, которые можно представить как объединение множества квантовых вихрей в один гигантский вихрь. Такие структуры действительно наблюдались, однако они быстро распадались, либо плотность жидкости в центре была не мала. Исследователи из Университета Париж-север XIII и Национального центра научных исследований Франции впервые получили в своём эксперименте кольцевую структуру, которая была устойчива в течение более одной минуты. Путём вращения несферического потенциала ловушки бозе-эйнштейновскому конденсату атомов 87Rb сообщался угловой момент, который в процессе селективного испарения повышался до 350×h/2π на атом. При этом в структуре конденсата возникало кольцо радиусом ≈ 30 мкм с отверстием в центре, вращающееся со свехзвуковой линейной скоростью, достигающей 18 чисел Маха. В кольце возбуждалась квадрупольная мода деформаций, для описания которой существующих гидродинамических моделей оказалось недостаточно, и требуется разработка более детальной теории. Источник: Phys. Rev. Lett. 124 025301 (2020)

Группа далеких галактик и реионизация Вселенной
1 февраля 2020
Реионизация водорода во Вселенной произошла, предположительно, за счёт излучения квазаров и первых звёзд в молодых галактиках. V. Tilvi (Университет штата Аризона, США) и соавторы обнаружили группу галактик на красном смещении z ≈ 7,7, которые окружены взаимно перекрывающимися пузырями ионизованного газа. Три галактики, сильно излучающие в линии Lyα, были обнаружены в фотометрических наблюдениях на 4-метровом телескопе обсерватории Китт-Пик, и затем было получено спектроскопическое подтверждение с помощью телескопа Кек I. Одна из трёх галактик была известна по более ранним наблюдениям. Расстояние между галактиками вдоль луча зрения составляет 0,7 Мпк, а в поперечном направлении — 0,05-0,18 Мпк. Возможность наблюдения линий излучения Lyα говорит о том, что галактики окружены достаточно протяжёнными пузырями ионизованного водорода, т.к. в нейтральном водороде излучение было бы поглощено. Фотоны за время их движения внутри пузырей успевают выходить за пределы линии поглощения благодаря космологическому красному смещению. Согласно оценке, размеры пузырей составляют 0,55-1,02 Мпк, поэтому они должны частично перекрываться друг с другом. Таким образом, впервые было доказано, что группа галактик может быть ответственна за неоднородную реионизацию Вселенной. Ожидается, что существенно продвинуться в изучении процесса реионизации Вселенной можно будет с помощью проектируемых ИК-телескопа им. Дж. Уэбба и радиоинтерферометра SKA-2. Источник: arXiv:2001.00873 [astro-ph.GA]
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33795
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1033   morozov »

Геонейтрино
1 марта 2020
Коллаборация Борексино, в которой принимают участие российские исследователи, представила результаты измерений за 12 лет потока геонейтрино — антинейтрино анти-ν, рождающихся внутри Земли в результате распадов ядер радиоактивных элементов и, возможно, других процессов. Возможность регистрации геонейтрино была указана Г.А. Гамовым ещё в 1953 г., М.А. Мaрков в 1960 г. предложил использовать для их регистрации реакции обратного бета-распада, и впервые они были зарегистрированы на детекторах Борексино и KamLAND в 2016 г. Черенковский детектор Борексино расположен в горном тоннеле в Национальной лаборатории Гран Сассо (Италия), см. УФН 171 977 (2001), УФН 183 315 (2013) и УФН 184 555 (2014). Анализ спектров геонейтрино и фона от реакторных нейтрино даёт полное число зарегистрированных геонейтрино ≈ 53. За вычетом событий от земной коры, число анти-ν от мантии составляет 23,7+10,7−10,1. Радиоактивные распады сопровождаются выделением тепла. Это позволяет по потоку геонейтрино найти полное радиогенное тепловыделения литосферы — 38,2+13,6−12,7 ТВт, что хорошо соответствует силикатным моделям строения Земли. Нейтрино взаимодействуют слабо и свободно выходят из центра Земли, поэтому их наблюдение даёт уникальную информацию о процессах внутри планеты. По одной из гипотез, в ядре Земли может функционировать естественный ядерный реактор. Наблюдаемый поток геонейтрино даёт ограничение на его возможную мощность W < 2,4 ТВт. Источник: Phys. Rev. D 101 012009 (2020)

Деформация атомных ядер
1 марта 2020
Многие атомные ядра могут деформироваться и принимать различную форму. Однако во всех известных до сих пор случаях деформированные ядра могли быть либо только симметричными относительно зеркального отражения в экваториальной плоскости, либо только несимметричными (грушевидными и др.). Ю.Ц. Оганесян (ОИЯИ, Россия) и его коллеги из Китая и США впервые обнаружили, что одно и то же атомное ядро может принимать и симметричную и асимметричную форму. В Берклиевской национальной лаборатории (США) регистрировались гамма-фотоны, испускаемые при спонтанном делении ядер 252Cf. Были измерены энергии внутриядерных переходов в дочернем ядре 144Ba и построена схема расположения уровней энергии. Шесть уровней и несколько переходов между уровнями были обнаружены впервые. По этой информации можно восстановить форму ядер. Оказалось, что ядро 144Ba может быть деформировано как октуполь с асимметричной формой относительно пространственного отражения, но может также иметь квадрупольную симметричную форму. Источник: Phys. Rev. Lett. 124 032501 (2020)

Квантовые корреляции массивного зеркала
1 марта 2020
В.Б. Брагинский в 1967 г. получил ограничение на точность измерений — «стандартный квантовый предел», обусловленное шумами и обратным влиянием измерения на систему, см. УФН 114 41 (1974). Этот предел ранее уже был преодолён в микромеханических экспериментах при криогенных температурах с помощью квантовых неразрушающих измерений. Лазерные интерферометры LIGO/Virgo регистрируют гравитационные волны от слияний чёрных дыр и нейтронных звёзд. H. Yu (Коллаборация LIGO) и соавторы показали, что детектор LIGO также может преодолевать стандартный квантовый предел. Интерферометр работал в штатном режиме — как при регистрация гравитационных волн — за исключение того, что применялся свет с большей степенью квантового сжатия. Было установлено, что в детекторе имеется квантовая корреляция между положением кварцевого зеркала, которое весит 40 кг, и флуктуациями лазерного луча мощностью 200 кВт, что позволило выполнить квантовые неразрушающие измерения на 3 дБ (в 1,4 раза) ниже стандартного квантового предела. Впечатляющим фактом является то, что квантовые флуктуации света влияют на движение столь массивного зеркала, и это влияние удается измерить даже при комнатной температуре. Источник: arXiv:2002.01519 [quant-ph]

Топологический лазер с электрической накачкой
1 марта 2020
Топологические лазеры, в которых для получения лазерного излучения используются краевые электромагнитные моды, представляют большой интерес для технических приложений благодаря высокой устойчивости генерации. Созданные ранее топологические лазеры использовали для накачки излучение другого лазера. Y. Zeng (Наньянский технологический университет, Сингапур) и др. впервые продемонстрировали топологический лазер с электрической накачкой, работающий в терагерцовом диапазоне. По принципу работы он относится к квантово-каскадным лазерам. Излучение под действием электрического тока возникает в фотонном кристалле, состоящем из массива отверстий квазигексагональной формы (треугольников со срезанными углами) в плоских слоях полупроводника. В таком кристалле возникают не стоячие волны, а происходит циркуляция электромагнитного поля по периметру треугольников, и возбуждены краевые моды. В результате, спектр излучения состоит из нескольких регулярно расположенных пиков вблизи частоты 3,2 ТГц. При этом, внесение в фотонный кристалл искусственных дефектов не оказывало существенного влияния на работу лазера. Источник: Nature 578 246 (2020)

Периодический быстрый радиовсплеск
1 марта 2020
Хотя обнаружено уже более сотни быстрых космических радиовсплесков, механизм их генерации достоверно не известен, см. обзор в УФН 188 1063 (2018). По одной из гипотез, всплески возникают на замагниченных нейтронных звёздах — магнитарах. Коллаборацией CHIME/FRB впервые обнаружена периодичность быстрых радиовсплесков, которая, возможно, поможет прояснить их природу. Источник повторных всплесков FRB 180916.J0158+65 наблюдался в течение 400 дней. Было обнаружено, что все 28 зарегистрированных за это время всплесков попадают во временные окна шириной 4 дня, расположенные с периодом 16,35±0,18 дней. Хотя в половине этих интервалов всплесков не было, а в других число всплесков составляло от 1 до 5, указанная периодичность временных окон имеет статистическую достоверность ≈ 5σ. Пока неизвестно, что является её причиной. Возможно, период ≈ 16 дней соответствует орбитальному периоду движения нейтронной звезды вокруг звезды-компаньона по вытянутой орбите. Не исключено, что периодичность объясняется затмениями или линзированием второй звездой или аккреционым диском. В модели магнитара периодичность можно пытаться объяснить медленным вращением нейтронной звезды. Источник: arXiv:2001.10275 [astro-ph.HE]

Возможная идентификация источников высокоэнергетических нейтрино
1 марта 2020
Космические нейтрино ν с энергиями > 50 ТэВ регистрируются детектором IceCube, расположенном во льду Антарктиды (см. УФН 184 510 (2014)), а также Байкальским подводным телескопом (см. УФН 185 531 (2015)). Происхождение этих ν пока не выяснено. Лишь в одном случае отмечено возможное совпадение нейтринного события с гамма-вспышкой на блазаре — активном ядре галактики. А.В. Плавин (АКЦ ФИАН, МФТИ), Ю.Ю. Ковалев (АКЦ ФИАН, МФТИ и Радиоастрономический институт Макса Планка), Ю.А. Ковалев (АКЦ ФИАН) и С.В. Троицкий (ИЯИ РАН) сообщили об обнаружении корреляции между нейтринными событиями и активностью галактик в радиодиапазоне, что может свидетельствовать о происхождении высокоэнергетических нейтрино в радиоярких галактиках. Использовались данные наблюдения 3388 галактик радиотелескопом РАТАН-600 и радиоинтерферометрами со сверхдлинной базой, а также данные по 56 нейтринным событиям IceCube с энергиями выше 200 ТэВ. Обнаружено, что радиогалактики, находящиеся в направлении прихода ν, имеют повышенную активность, причём вероятность случайного совпадения ≈ 0,2 %. Кроме того, время регистрации ν часто попадает в период роста активности галактик. Возможным механизмом рождения ν является рассеяние высокоэнергетичных протонов на фотонах, излучаемых аккреционным диском вокруг центральной чёрной дыры, или на других протонах в области размером порядка пк, при этом радиоизлучение могло генерироваться в более далёких областях джета. Источник: arXiv:2001.00930 [astro-ph.HE]
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
venjuu
Сообщения: 439
Зарегистрирован: Вт ноя 13, 2007 18:46
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1034   venjuu »

Исследователи сумели управлять ядром атома [вращением] с помощью электрического поля

Гипотезу физика Николаса Бломбергена о том, что ядром атома можно управлять электрическим полем, а не только магнитным, подтвердили исследователи университета штата Новый Южный Уэльс (UNSW, Австралия), 12 марта сообщает пресс-служба UNSW, ссылаясь на статью, опубликованную сотрудниками университета в журнале Nature.

Решению проблемы, над которой с 1961 года бились экспериментаторы, помог счастливый случай, сообщают в публикации.

К удачному открытию привела неудача в эксперименте по управлению ядром одного атома сурьмы с помощью мощного высокочастотного магнитного поля. В ходе эксперимента антенна, которую использовали для управления ядром, не выдержала и взорвалась.

Но при этом управление ядром не прекратилось — антенна проддолжала генерировать, но не магнитное, а электрическое поле, которое влияло на вращение ядра из-за ядерного электрического резонанса, предсказанного Блумбергеном.

То, что ядерный спин может контролироваться электрическими, а не магнитными полями, имеет далеко идущие технологические последствия. Генерация магнитных полей требует больших катушек и больших токов, при этом законы физики диктуют, что трудно ограничить магнитные поля очень маленькими пространствами — они имеют тенденцию иметь широкую область воздействия.

Электрические поля, с другой стороны, могут создаваться на кончике крошечного электрода, и они очень резко снижают свою величину при удалении от острия. Это значительно упростит управление отдельными атомами, размещенными в наноэлектронных устройствах.

Теперь плодами заново открытого ядерного электрического резонанса можно воспользоваться для создания квантовых компьютеров, а также использовать управляемые электрическим полем ядра «в качестве изящно точных датчиков электрических и магнитных полей или для ответа на фундаментальные вопросы квантовой науки», — говорит профессор UNSW Андреа Морелло, один из авторов проекта.

ИА Красная Весна
Читайте материал целиком по ссылке:
https://rossaprimavera.ru/news/63564269

ТАСС
Вращением ядра атома научились управлять с помощью ...
https://www.google.com/url?sa=t&source= ... SvqJ2yn5tO

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»