Информация свежая... и не очень

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34802
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1066   morozov »

Физики подтвердили, что квантовый мир еще страннее, чем казался
Георгий Голованов
8 сент., 11:32

Новые экспериментальные доказательства необычного поведения и без того странных частиц энионов нашли ученые из США. Они обладают характеристиками, которых нет у других субатомных частиц, в частности, дробным зарядом и дробной статистикой, а также сохраняют «память» о взаимодействиях с другими квазичастицами, включая квантово-механические фазовые переходы.

Своим названием эти частицы обязаны физику-теоретику Фрэнку Вильчеку, а также собственному странному поведению, поскольку, в отличие от прочих типов частиц, энионы могут приспособиться к любой (англ. any) квантовой фазе, когда их позиции меняются.

До появления доказательств существования энионов в 2020 году физики разбивали частицы на две категории: бозоны и фермионы. Электроны — пример фермионов, а фотоны — бозонов. Одно характерное отличие фермионов от бозонов — то, как частицы ведут себя, когда сплетаются друг вокруг друга. Энионы же действуют так, будто у них есть дробный заряд. Еще любопытнее, что они создают нетривиальный фазовый переход, когда сплетаются друг вокруг друга. Из-за этого у энионов может возникнуть нечто вроде памяти взаимодействий, пишет Phys.org.
«Энионы существуют только как коллективное возбуждение электронов в особых обстоятельствах, — сказал профессор Майкл Манфра, один членов исследовательской группы. — Но у них есть эти несомненно классные свойства, например, дробный заряд и дробная статистика. Это забавно, потому что, казалось бы, как у них может быть заряд меньше, чем элементарный заряд электрона? Но так и есть». Когда бозоны или фермионы возбуждены, они генерируют фазовый фактор либо плюс один, либо минус один, соответственно.
Есть у энионов еще одно топологическое свойство — их свойства более стабильные, чем у других квантовых частиц. Команда физиков из Университета Пердью смогла продемонстрировать это поведение, направив электроны через наноструктуры интерферометра, напоминающие лабиринт. Они охладили устройство до 10 милликельвинов и воздействовали на него мощным магнитным полем силой 9 Тл. Электрическое сопротивление в интерферометре сгенерировало интерференционную картину, в которой ученые обнаружили присутствие энионов.

«Это определенно одна из самых сложных и комплексных вещей в экспериментальной физике», — сказал Четан Найак, физик-теоретик из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.

Следующим шагом исследователей станет применение еще более сложных интерферометров, с помощью которых они смогут контролировать местоположение и число квазичастиц внутри интерферометра, а также менять по желанию картину интерференции.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34802
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1067   morozov »

Создана технология беспроводной передачи энергии на большие расстояния
Георгий Голованов
4 авг., 15:30

Первую в мире функциональную систему беспроводной передачи энергии на большие расстояния разработали в Новой Зеландии. Уже сейчас прототип способен работать в любых погодных условиях, направляя энергию между двумя антеннами, разделенными расстоянием в несколько километров. Полевые испытания технологии, повторяющей эксперименты Николы Теслы, начнутся осенью.

Мечта о беспроводной передаче энергии далеко не нова — еще Никола Тесла когда-то доказал, что можно зажигать лампочки с помощь катушки, находящейся в паре километров от них. Правда, при этом он сжег динамо-машину на местной электростанции и погрузил весь Колорадо-Спрингс во тьму. Тесла мечтал построить повсюду вышки, которые обеспечивали бы всех беспроводной энергией. Но инвестор Джон П. Морган зарубил идею на корню одним вопросом: «А куда прикажете поставить счетчик?»

Прошло 120 лет и вот новозеландская компания Emrod убедила второго по величине поставщика энергии в стране концерн Powerco дать беспроводному электричеству шанс. Powerco поверила в технологию передачи энергии и вложила средства в Emrod, сообщает New Atlas

Система состоит из передающей антенны, наборов реле и принимающей ректенны (антенны со встроенным выпрямителем, преобразующем микроволновую энергию в электричество). Для передачи используется безопасный радиодиапазон ISM, зарезервированный для промышленных, научных и медицинских целей.
В отличие от мечты Теслы, энергия передается напрямую между двумя антеннами, а лазерная система безопасности, защищающая периметр луча, тут же отключает его, если периметр пересекает птица, дрон или вертолет. Проблем с размещением счетчиков тоже быть не должно.
Система работает при любых погодных условиях — дождь, туман или пыль ей не помеха. Дистанция передачи ограничена только прямой видимостью, то есть в потенциале может быть сотни километров, а установка и эксплуатация не требуют серьезных вложений.

Пока у инженеров Emrod есть только работающий прототип, но к октябрю они планируют завершить создание устройства для инвестора и начать полевые испытания. Первые устройства будут работать с мощностью в несколько киловатт. Прототип способен передавать энергию на несколько километров, но его легко можно масштабировать. «Мы можем использовать точно такую же технологию для передачи в 100 раз больше энергии на много большее расстояние», — пообещал основатель Emrod Грег Кушнир.

Если полевые испытания технологии пройдут успешно, она сможет преобразить энергосети по всему миру. «Мы планируем использовать эту технологию для доставки электричества в отдаленные места или через районы с труднопроходимой местностью. Она также может быть использована для сохранения энергоподачи клиентам в случаях, когда мы проводим техническое обслуживание нашей существующей инфраструктуры», — рассказал о планах инженер по трансформации сети Powerco Николас Вессио.

Беспроводная передача энергии может стать ключевой технологией и для возобновляемой энергетики, которая, как правило, генерирует энергию далеко не там, где она необходима. А мощность существующих энергосетей не позволяет перебрасывать большие объемы такой энергии достаточно далеко от места генерации. Из-за этого, например, Германия, теряет часть оффшорной выработки ветропарков, так как в пиках не может перенаправить ее с севера в южные земли — не хватает ресурсов энергосети.

К середине августа компания Electreon Wireless запустит первый в Израиле участок трассы с возможностью беспроводной подзарядки электротранспорта на ходу. Она же начала работы по аналогичному проекту на шведском острове Готланд.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34802
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1068   morozov »

Санкт-Петербургская лотерея в сопромате

Около двухсот лет назад Даниил Бернулли в “Комментариях Санкт-Петербургской Академии”, разъясняя некоторые аспекты теории вероятностей, описал парадокс, получивший название санкт-петербургского (само же авторство парадокса большинство историков науки приписывают двоюродному брату Даниила – Николаю Бернулли, а иные – Леонарду Эйлеру).

Представим себе лотерею, проводимую по следующим правилам: если при первом броске выпадает “орел”, игрок получает 1 рубль, если эта сторона монеты выпадет только при повторном броске, то игрок получает 2 рубля, если в серии бросков “орел” появится только на третий раз, то 4 рубля, на четвертый – 8 рублей, и так далее по степеням двойки. Какую сумму не жалко заплатить за участие в такой лотерее? Нетрудно проверить, что ряд из слагаемых, являющихся произведением вероятности каждого из событий на сумму выигрыша
(1/2)n´2n , представляет собой не что иное, как последовательность единиц, и такой ряд, конечно, расходится. Это значит, что, теоретически, в “петербургской лотерее” можно поставить любую сумму денег и не прогадать. Однако же опытный игрок не поставит и 30 рублей, и будет прав. Дело в том, что в реальной жизни количество бросков всегда конечно, а длина серии n из сплошных “решек”, которая ведет к большому выигрышу, растет с общим количеством бросков N очень медленно: n ~ ln(N/2). Игрок просто не дождется большого куша: чтобы получить хотя бы 32 рубля (серия из пяти решек подряд) нужно в среднем подкидывать монетку почти 3 тысячи раз – этак и палец отвалится...
Изображение
Рис. 1. Вероятность разрыва волокна описывается теми же законами, что и выигрыш в “санкт-петербургской лотерее” [1].

В недавней работе американских ученых санкт-петербургский парадокс применяется для объяснения другого явления – разрыва волокон [1]. Дело в том, что исходя из той же логики, как и с лотереей, можно прийти к выводу, что веревки, тросы и прочий крепеж должен гарантированно разрушаться, поскольку в каком-то месте обязательно найдется критическое количество дефектов: цепочка дефектов аналогична последовательному выпадению решек, а своеобразным “выигрышем” здесь является разрыв волокна. По счастью, это справедливо только для бесконечно длинных волокон и проволок, в реальности же, как показали авторы [1], критическая сила разрыва уменьшается с длиной волокна очень медленно, опять-таки, по логарифмическому закону.

Чтобы доказать логарифмическую зависимость, авторам пришлось исследовать на разрыв проволоки в довольно широком диапазоне длин – от 1 мм до 1 км, так что измерения с волокнами длиннее метра происходили не в стенах лаборатории, а на велодорожке. Как показал эксперимент на волокнах полиэстера и полиамида, если по горизонтальной оси графика длину волокна откладывать в логарифмическом масштабе, то экспериментальные значения силы разрыва, действительно, ложатся на нисходящие прямые. Резюмируя, авторы делают обобщение: санкт-петербургский парадокс описывает любые явления, чувствительные к редким событиям.

А. Пятаков

1. J.Fontana and P. Palffy-Muhoray,Phys. Rev. Lett. 124, 245501 (2020).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34802
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1069   morozov »

Теория высокотемпературной сверхпроводимости
1 сентября 2020
Теория Бардина-Купера-Шриффера (БКШ) успешно объясняет сверхпроводимость простых металлов, однако в её рамках не удаётся пока описать высокотемпературные сверхпроводники-купраты. Исследователи из Иллинойского университета в Урбане-Шампейне (США) P.W. Phillips, L. Yeo и E.W. Huang разработали новую теорию [1], объясняющую на микроуровне сверхпроводимость купратов. Купраты относятся к изоляторам Мотта с допированием. Авторы применили для их описания модель Hatsugai–Kohmoto, являющуюся модификацией модели Хаббарда, и нашли новые точные решения. Был идентифицирован механизм, играющий роль куперовского спаривания в теории БКШ, и обнаружена неустойчивость, соответствующая сверхпродящему состоянию. Показано, что отношение температуры перехода к энергетической щели больше, а плотность сверхтекучей компоненты меньше, чем в теории БКШ. Модель также объясняет наблюдаемое в эксперименте повышенное поглощение купратами излучения на низких частотах. Обсуждение некоторых моделей высокотемпературных сверхпроводников см. в [2-4]. [1] Phillips P W, Yeo L, Huang E W Nature Physics, онлайн-публикация от 27 июля 2020 г. [2] Изюмов Ю А, Плакида Н М, Скрябин Ю Н УФН 159 621 (1989); Izyumov Yu A, Plakida N M, Skryabin Yu N Sov. Phys. Usp. 32 1060 (1989) [3] Максимов Е Г УФН 170 1033 (2000); Maksimov E G Phys. Usp. 43 965 (2000) [4] Вальков В В и др. УФН 191, принята к публикации (2020); Val’kov V V et al. Phys. Usp. 64, accepted (2020)

Магнитные солитоны
1 сентября 2020
G. Lamporesi (Университет Тренто и Институт фундаментальной физики и прикладных исследований Тренто (Италия)) и его коллеги изучили магнитные солитоны в конденсате Бозе – Эйнштейна [5]. Атомы 23Na в гибридной ловушке с помощью микроволновых импульсов переводились в смесь компонент с противоположными направлениями спина. Затем путём возмущения потенциала с краю ловушки создавались движущиеся магнитные солитоны, в которых фаза намагниченности дважды изменялась на π. Была исследована бездиссипативная динамика солитонов, в том числе их колебания. Также наблюдались парные столкновения солитонов с одинаковой и противоположной намагниченностью. Результаты измерений хорошо соответствуют теоретическому описанию, представленному в работе [6]. Независимое наблюдение магнитных солитонов выполнено также в работе [7]. О солитонах в ультрахолодных газах см. в [8]. [5] Farolfi A et al. Phys. Rev. Lett. 125 030401 (2020); [6] Qu C, Pitaevskii L P, Stringari S Phys. Rev. Lett. 116 160402 (2016) [7] Chai X et al. Phys. Rev. Lett. 125 030402 (2020) [8] Питаевский Л П УФН 186 1127 (2016); Pitaevskii L P Phys. Usp. 59 1028 (2016)

Локальный характер эффекта Ааронова – Бома
1 сентября 2020
Эффект Ааронова – Бома обычно рассматривается как пример нелокального явления: заряд приобретает фазу при обходе соленоида, пролетая через область с нулевым электромагнитным полем. Однако C. Marletto и V. Vedral (Оксфордский университет (Великобритания), Национальный университет Сингапура и Институт научного обмена (Италия)) установили [9], что при последовательном квантовомеханическом рассмотрении набор фазы имеет локальный характер, т.е. фаза набирается от точки к точке по мере движения частицы. Развивая подход, предложенный в [10], они показали, что необходимо квантовать как движение заряда, так и электромагнитное поле соленоида. Квантованное поле уже не будет равно нулю вне соленоида (нулевое лишь его среднее ожидание), поэтому заряд взаимодействует с фотонами и набирает квантовую фазу постепенно. Также предложена идея эксперимента, в котором можно проверить полученный в работе вывод с помощью квантовой томографии состояния заряда. [9] Marletto C, Vedral V Phys. Rev. Lett. 125 040401 (2020) [10] Vaidman L Phys. Rev. A 86 040101(R) (2012)

Обратная квантовая эволюция
1 сентября 2020
Ранее в эксперименте с простейшим квантовым компьютером уже было продемонстрировано обращение по времени квантовой эволюции [11]. А.В. Лебедев (МФТИ) и В.М. Винокур (Аргоннская национальная лаборатория и Чикагский университет (США)) в своей теоретической работе [12] описали метод, позволяющий вызвать обратную эволюцию системы, даже не зная её начального состояния, которое может быть смешанным квантовым состоянием. Для этого необходимо создать вторую систему, описываемую тем же гамильтонианом, и одновременно с квантовыми операциями над исследуемой системой выполнять определённые операции над вспомогательной. Термализация системы в конце эволюции вызывает обратную последовательность квантовых переходов и переводит систему в состояние с той же матрицей плотности, что была вначале. [11] Lesovik G B, Sadovskyy I A, Suslov M V, Lebedev A V, Vinokur V M Sci. Rep. 9 4396 (2019) [12] Lebedev A V, Vinokur V M Communications Physics 3 129 (2020)

Восстановление квантовой информации
1 сентября 2020
Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) B. Yan и N.A. Sinitsyn разработали новый метод восстановления квантовой информации, которая была повреждена при измерении [13]. Для этого нужно знать определённые корреляторы, взятые в различные моменты времени, а также вызвать обратную эволюцию системы. Частичное моделирование этого алгоритма на 5-кубитовом квантовом процессоре IBM показало, что при его выполнении декогеренция остаётся на низком уровне. Благодаря тому что локальное повреждение квантовой информации не приводит к катастрофическому нарастанию повреждения (в квантовой области отсутствует «эффект бабочки»), повреждённая квантовая информация в значительном мере поддаётся восстановлению. [13] Yan B, Sinitsyn N A Phys. Rev. Lett. 125 040605 (2020)

Первичная чёрная дыра в Солнечной системе?
1 сентября 2020
Недавно в движении ледяных тел на расстоянии 300-1000 а.е. от Солнца были отмечены аномалии, которые можно объяснить наличием там 9-й планеты с массой 5-15 масс Земли. Одновременно телескопом OGLE наблюдаются события микролинзирования, которые могли быть вызваны компактными объектами с массами 0,5-20 масс Земли. Эти объекты могут быть планетами, свободно летающими в межзвёздном пространстве. J. Scholtz (Даремский университет, Великобритания) и J. Unwin (Иллинойсский университет в Чикаго, США) высказали альтернативную гипотезу [14], что в обоих случаях компактными объектами являются не планеты, а первичные чёрные дыры (ПЧД). Авторы показали, что захват ПЧД в солнечную систему, если они существуют в количестве, которое даёт OGLE, является столь же вероятным, как и захват планеты. В этом случае на окраине Солнечной системы может находиться не 9-я планета, а ПЧД. Такую ПЧД можно обнаружить по аннигиляции частиц тёмной материи, которые должны формировать вокруг ПЧД плотный сгусток. О ПЧД см. в [15]. [14] Scholtz J, Unwin J Phys. Rev. Lett. 125 051103 (2020); [15] Долгов А Д УФН 188 121 (2018); Dolgov A D Phys. Usp. 61 115 (2018)

Новостной канал

Новости физики в Интернете — раздел журнала Успехи физических наук, ежемесячно публикующего обзоры современного состояния наиболее актуальных проблем физики и смежных с нею наук. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике и астрофизике.

Постоянный ведущий — Ю.Н. Ерошенко.

Материалы подготовлены на основе электронных препринтов и бюллетеней.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

FENIMUS
Сообщения: 1001
Зарегистрирован: Пн мар 31, 2008 11:57
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1070   FENIMUS »

morozov писал(а):
Вт сен 22, 2020 1:52

Первичная чёрная дыра в Солнечной системе?

1 сентября 2020
Недавно в движении ледяных тел на расстоянии 300-1000 а.е. от Солнца были отмечены аномалии, которые можно объяснить наличием там 9-й планеты с массой 5-15 масс Земли. Одновременно телескопом OGLE наблюдаются события микролинзирования, которые могли быть вызваны компактными объектами с массами 0,5-20 масс Земли. Эти объекты могут быть планетами, свободно летающими в межзвёздном пространстве. J. Scholtz (Даремский университет, Великобритания) и J. Unwin (Иллинойсский университет в Чикаго, США) высказали альтернативную гипотезу [14], что в обоих случаях компактными объектами являются не планеты, а первичные чёрные дыры (ПЧД). Авторы показали, что захват ПЧД в солнечную систему, если они существуют в количестве, которое даёт OGLE, является столь же вероятным, как и захват планеты. В этом случае на окраине Солнечной системы может находиться не 9-я планета, а ПЧД. Такую ПЧД можно обнаружить по аннигиляции частиц тёмной материи, которые должны формировать вокруг ПЧД плотный сгусток. О ПЧД см. в [15]. [14] Scholtz J, Unwin J Phys. Rev. Lett. 125 051103 (2020); [15] Долгов А Д УФН 188 121 (2018); Dolgov A D Phys. Usp. 61 115 (2018)

А черные дыры могут двигаться? )
Пора народ пугать, черная дыра летит к земле... )

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34802
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1071   morozov »

Электроэнергия из дождя

Шум осеннего дождя за окном вдохновляет не только поэтов, но и ученых, в особенности, тех, кто разрабатывает нетрадиционные источники электроэнергии. Использовать энергию падающих капель – вроде бы очевидная идея, но далеко не просто технически реализуемая. В недавней работе ученых из South China Normal Univ. и Univ. of Twente (Китай, Нидерланды) [1] сообщается о разработке и исследовании такого “капельного” наногенератора электрической энергии.

Принцип действия устройства заключается в следующем. Имеется электрод, покрытый тонкой пленкой гидрофобного полимера, несущего некоторый поверхностный заряд. Падающая капля работает как дополнительный электрод. Ударяясь о поверхность с некоторой кинетической энергией, она деформируется и растекается, меняя емкость системы. За счет изменения емкости будет меняться и заряд системы – значит, через сопротивление нагрузки пойдет импульс электрического тока. Величина силы тока в данный момент времени зависит от площади капли (так как емкость зависит от площади электрода), и ток будет максимальным в момент максимального растекания. Если поверхность немного наклонена, капля стекает с поверхности, за счет поверхностного натяжения, восстанавливая свою форму, и подзаряжает разряженный конденсатор, позволяя избежать насыщения и увеличивая силу тока, создаваемую большим числом капель. Исследователи варьировали плотность заряда на пленке, высоту падения капель, сопротивление нагрузки и другие параметры для того, чтобы получить максимально возможную силу тока и мощность наногенератора.

Изображение
Рис. 1. Схема наногенератора на падающих каплях и принципиальная электрическая схема.

Авторы использовали капли децимолярного раствора поваренной соли, миллиметрового диаметра, падающие с высоты от 3 до 18 см на кремниевый электрод, покрытый пленкой фторполимера. При повышении плотности заряда сила тока и мощность, как и ожидается, увеличиваются. В зависимости от сопротивления нагрузки мощность меняется немонотонно, наблюдается максимум, что тоже вполне ожидаемо. Максимальная величина силы тока составила 2.2 мА, а мощности – 12 мВт. Для оптимальных условий максимальная энергия, “отобранная” у капли, составляет 0.4 мДж при начальной потенциальной энергии 14 мДж.
Изображение
Рис. 2. Экспериментальные результаты: зависимость максимальной силы тока и мощности наногенератора от внешнего сопротивления при различных величинах начальной плотности заряда.

Таким образом, эффективность запаса энергии составляет около 3%. Пока КПД такого устройства меньше, чем у паровоза, но все же это большой прогресс по сравнению с предыдущими работами, в которых сообщалось об эффективности в 0.01%. Возможности дальнейшего повышения эффективности, мощности и надежности таких устройств внушают оптимизм и ожидания большого будущего небольших генераторов электроэнергии.

З. Пятакова

1. H. Wu et al., Phys. Rev. Lett. 125, 078301 (2020).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34802
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1072   morozov »

Генерация энтропии при непрерывном измерении
1 октября 2020

Исследование связи энтропии и информации важно как с принципиальной точки зрения, так и для приложений в нанотехнологиях. В малых масштабах велика роль флуктуаций и квантовых эффектов, что вносит новые черты в поведение систем. В отличие от разовых измерений, влияние непрерывных квантовых измерений, в каждый момент обусловливающих дальнейшую эволюцию системы, на общий баланс энтропии ранее экспериментально не изучалось. M. Rossi (Копенгагенский университет, Дания) и соавторы впервые выполнили такое исследование [1]. С помощью пробного луча лазера гомодинным методом непрерывно наблюдалось положение колеблющейся мембраны в оптическом резонаторе, что позволило регистрировать индивидуальные квантовые траектории данной оптомеханической системы. По форме квантовых траекторий найдено производство энтропии, обусловленное непрерывным процессом измерения как в стационарном случае, так и при релаксации после короткого воздействия на систему, и было отмечено большое влияние флуктуаций на этот процесс. О квантовых измерениях см. в [2,3] [1] Rossi M et al. Phys. Rev. Lett. 125 080601 (2020) [2] Кадомцев Б Б УФН 165 967 (1995); Kadomtsev B B Phys. Usp. 38 923 (1995) [3] Жёлтиков А М УФН 188 1119 (2018); Zheltikov A M Phys. Usp. 61 1016 (2018)

Взаимодействие двух временных кристаллов
1 октября 2020

В экспериментах уже были продемонстрированы временные кристаллы, предсказанные F. Wilczek [4] в 2012 г. Их свойства повторяются во времени, подобно периодическому расположению атомов в обычном кристалле. S. Autti (Университет Аалто, Финляндия и Ланкастерский университет, Великобритания) и соавторы впервые исследовали взаимодействие двух временных кристаллов между собой [5]. Временные кристаллы были созданы в бозе-эйнштейновском конденсате магнонов в сверхтекучей фазе «B» жидкого гелия-3, находящегося при температуре 130 мкК в магнитном поле. Один из временных кристаллов возникал в объёме конденсата, а второй — на поверхности. С помощью методики ядерного магнитного резонанса наблюдались характерные периодические движения временных кристаллов, связанные с когерентной спиновой прецессией. Между кристаллами имелся перешеек, по которому происходил обмен магнонами. Это вызывало джозефсоновские колебания с частотой, равной разности частот двух временных кристаллов. Дополнительное взаимодействие кристаллов возникало за счёт того, что объёмный кристалл вносил возмущения в потенциал, удерживающий поверхностный кристалл. Наблюдаемое поведение взаимодействующих временных кристаллов было успешно воспроизведено в численном моделировании. В будущем станет возможным исследовать и более сложные взаимодействия временных кристаллов, включая их столкновения. О бозе-эйнштейновской конденсации магнонов см. в [6]. [4] Wilczek F Phys. Rev. Lett. 109 160401 (2012) [5] Autti S, Heikkinen P J, Mäkinen J T, Volovik G E, Zavjalov V V, Eltsov V B Nature Materialsonline publication on August 17, 2020 [6] Каганов М И, Пустыльник Н Б, Шалаева Т И УФН 167 191 (1997); Kaganov M I, Pustyl’nik N B, Shalaeva T I Phys. Usp. 40 181 (1997)

Исследования квантовых состояний молекул
1 октября 2020

K. Najafian (Базельский университет, Швейцария) и соавторы разработали новую методику фазово-чувствительных измерений структуры квантовых уровней в молекулах при их взаимодействии с другими молекулами в оптическом поле [7]. Исследуемые молекулярные ионы 14N2+ и вспомогательные ионы 40Ca+ были помещены в оптическую решётку, формируемую лучами лазера. На 14N2+ действовали две переменные силы, разность фаз которых можно было изменять в эксперименте, регистрируя при этом штарковский сдвиг уровней. Исследования, проведенные при различных вращательных состояниях молекул 14N2+, позволили классифицировать их электронные и колебательные уровни. Новая методика может оказаться полезной для исследования молекул с плотным расположением квантовых уровней, когда применение обычных спектроскопических методов затруднительно. О взаимодействии молекул с лазерным излучением см. в [8]. [7] Najafian K et al. Nature Communications 11 4470 (2020) [8] Исаев Т А УФН 190 313 (2020); Isaev T A Phys. Usp. 63 289 (2020)

Квантовая астрономия
1 октября 2020

В последние годы были выполнены эксперименты по квантовой телепортации состояний частиц, в том числе на расстояние в тысячи км со спутника на Землю. A. Berera (Эдинбургский университет, Великобритания) рассмотрел теоретически вопрос о том, какое максимальное расстояние могут преодолевать фотоны в межзвёздной среде, сохраняя квантовую когерентность [9], например, являясь фотонами квантово запутанной пары. По пути в Галактике фотоны взаимодействуют со свободными электронами, с атомами и молекулами, а также с фотонами межзвёздного фона. Рассмотрение этих элементарных процессов приводит к выводу о том, что фотоны радиодиапазона могут без рассеяния преодолевать расстояния от ≈ 100 до ≈ 106 пк, превышающее в последнем случае размер Галактики. Дополнительной помехой, приводящей к вращению плоскости поляризации (разрушению когерентности по спиновым состояниям) могут служить межзвёздные магнитные поля. Ещё большие, космологические расстояния могут преодолевать фотоны рентгеновского излучения. Не исключено, что в космосе есть объекты, при наблюдении которых может быть выявлена квантовая когерентность их излучения, например, гипотетические космические струны или испаряющиеся первичные чёрные дыры. [9] Berera A arXiv:2009.00356 [hep-ph]

Гравитационные волны от слияния рекордно массивных чёрных дыр
1 октября 2020

Два гравитационно-волновых детектора, LIGO и детектор Virgo, зарегистрировали [10] гравитационный всплеск GW190521, который произошёл от слияния чёрных дыр (ЧД) с массами 85+21−14M☉ и 66+17−18M☉ на красном смещении z≈ 0,8. Отношение сигнал/шум в данном наблюдении составляет 14,7. Масса большей ЧД, а также общая масса двух ЧД ≈ 150M☉ являются рекордно большими среди всех событий LIGO/Virgo, зарегистрированных до сих пор. По существующей классификации итоговая ЧД с массой ≈ 142M☉, возникшая в результате слияния и излучения гравитационных волн, является ЧД промежуточной массы — между массами ЧД звёздного происхождения и массами сверхмассивных ЧД в ядрах галактик. Происхождение наиболее массивной из двух слившихся ЧД пока не ясно, т.к. образование ЧД такой массы при эволюции звезды маловероятно из-за эффекта парной нестабильности. Возможно, сама эта ЧД ранее образовалась в результате слияния двух ЧД с меньшими массами. О свойствах двойных ЧД по данным наблюдений LIGO/Virgo см. в [11]. [10] Abbott R et al. Phys. Rev. Lett. 125 101102 (2020) [11] Постнов К А, Куранов А Г, Митичкин Н А УФН 189 1230 (2019); Postnov K A, Kuranov A G, Mitichkin N A Phys. Usp. 62 1153 (2019)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34802
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1073   morozov »

Плавание вверх тормашками

Житейская мудрость говорит, что неудобно спать на потолке – одеяло спадает. Ученые из Paris Sciences et Lettres Univ. (Франция) [1] показали, что вниз головой, можно если не спать, то хотя бы плавать. Они заставили левитировать в сосуде слой жидкости, а для вящей убедительности – еще и пустили по нему плавать кораблик вверх килем (рис. 1).
ИзображениеИзображение
Рис. 1. Стабилизация неустойчивости Рэлея-Тейлора:
а - слой силиконового масла, левитирующий в сосуде из оргстекла
над слоем воздуха (ретушированный ч/б снимок);
б - кораблик может плавать по обеим поверхностям [1].

То, что в сосуде более плотная жидкость не может находиться над менее плотной, а, тем более, парить на слое из воздуха, подсказывает простой здравый смысл. Физики же говорят в таком случае, что на границе раздела двух сред в гравитационном поле развивается неустойчивость Рэлея-Тейлора. Даже если вначале граница строго горизонтальна, любое возмущение на поверхности будет только нарастать: участки более плотной среды продолжат опускаться, а менее плотной – всплывать. Заставить висеть слой жидкости в сосуде на воздушной подушке – задача сродни удержанию какого-нибудь груза, подпирая его спицей.

Надобно сказать, что именно такая задача была решена Петром Леонидовичем Капицей более полувека тому назад. Маятник, закрепленный на подвесе, вибрирующем с частотой, много большей собственной частоты маятника, может находиться в устойчивом равновесии в перевернутом положении. При усреднении быстрых осцилляций по периоду возникает эффективный потенциал, отличающийся от того вида, который характерен для статического случая (рис. 2, пунктирная и сплошные кривые, соответственно): в верхнем, ранее неустойчивом положении возникает локальный минимум. Для этого необходимо выполнение условия стабилизации: произведение амплитуды колебаний подвеса на их частоту должно превышать критическую величину, равную квадратному корню из произведения удвоенной длины маятника на ускорение свободного падения.
Изображение
Рис. 2. Потенциальная энергия двух систем в статическом случае (сплошная кривая) и в динамике, на вибрирующем поддоне (пунктирная кривая). Эффективный потенциал, изображаемый пунктирной кривой, имеет абсолютный минимум (соответствующий нижнему положению маятника или поплавку, плавающему на верхней поверхности жидкости), а также локальный минимум, который описывает устойчивое равновесие перевернутого маятника или поплавка на нижней поверхности.

Секрет фокуса французов практически не отличается от рецепта Капицы: нужно заставить поддон сосуда колебаться с частотой и амплитудой, удовлетворяющим тому же условию квадратного корня (только вместо длины маятника нужно подставить в формулу другой характерный размер – длину границы раздела, поделенную на два π). Как показал эксперимент, величины критической амплитуды скорости поддона при изменении длины поверхности раздела, действительно, ложатся на корневую зависимость. Для полноты картины следует отметить, что во время опыта экспериментаторам требовалось избежать развития другого процесса, порожденного тряской – образования капиллярных волн (параметрическая неустойчивость Фарадея). Пройти между Сциллой и Харибдой двух неустойчивостей удалось, используя вязкие жидкости – силиконовое масло или глицерин.

Как надеются авторы [1], проделанная ими работа не останется курьезной демонстрацией, а послужит толчком для исследований процессов на границе воздуха и жидкости в новых экзотических условиях.

А. Пятаков

1. B. Apffel et al., Nature 585, 48 (2020).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»