Site Loader
Posted on 08.10.1982

Содержание

Наука физика — опыты, квантовая механика, известные физики, интересные факты

Любовь Соковикова

11.11.2021,

В начале этого года ряд экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК) показал удивительные результаты – оказалось, что кварки превращаются в другие частицы под воздействием неизвестной силы. Иными словами, полученные данные свидетельствуют о возможном существовании новой фундаментальной силы природы, что ставит под сомнение основные принципы Стандартной модели – наиболее общепринятой физической теории, описывающей все, что мы знаем о материи, составляющей окружающий мир. Но так как ученые – люди осторожные, говорить о «крахе Стандартной модели» или новой силе природы рано – необходимо больше исследований и больше доказательств. И все же, работа физиков из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), которая предрекает скорый конец нашим представлениям о физике, вдохновила ученых из Кембриджского университета, да так, что те доказали наличие постоянной аномалии в мире мельчайших элементарных частиц: неизвестная науке сила природа действительно ожидает своего часа, чтобы объяснить квантовую гравитацию, Большой взрыв, темную материю и в конечном итоге создать Теорию всего.

Читать далее

Любовь Соковикова

Наш мир устроен невероятно сложно. Если посмотреть в телескоп, то перед нами откроется целая Вселенная, бесконечная и расширяющаяся все быстрее и быстрее. От одной мысли о том, что в одной лишь наблюдаемой Вселенной существует около 10 триллионов галактик, может закружиться голова. Но отложив в сторону телескоп, мы вскоре понимаем, что вокруг нас (и внутри) обитают триллионы крошечных бактерий, микроорганизмов и вирусов, таких, как COVID-19. И если с помощью специальных инструментов посмотреть на этот скрытый мир поближе, мы, в конечном итоге узрим микромир, наполненный не только бактериями, но и атомами, из которых они состоят. В результате, мы сталкиваемся со сложным макромиром с его планетами и галактиками, и микромиром, работающим по своим собственным законам. Как отмечают физики, квантовая механика позволяет описать движение электронов и протонов, а также изучить, какими законами управляется микромир. Интересно, что одним из нерешенных и наиболее острых вопросов современной физики является несогласованность квантовой механики и Общей теории относительности Эйнштейна (ОТО), которая описывает, как устроен и наш мир и мир за пределами Земли. А недавно ученые пошли еще дальше. Они не только связали два квантово-запутанных объекта, но и изобрели новый подход для квантовых вычислений.

Читать далее

Любовь Соковикова

Наша планета удивительна. Жизнь на ней настолько разнообразна, что существует множество тел и веществ, как естественных (животные и люди, планеты и звезды) так и искусственных (созданных человеком). Эти вещества и тела бывают твердыми и жидкими, например, вода и кристаллы. Последние особенно интересны, так как представляют собой твердые тела, атомы в которых расположены закономерно, образуя так называемую кристаллическую решетку. По сути, естественное состояние кристалла – это форма правильных симметричных многогранников, которая основана на их внутренней структуре. То есть на одном из нескольких определенных и регулярных расположений, составляющих вещество частиц (ионов, атомов и молекул). Согласитесь, действительно интересно. Именно так в 1934 году размышлял Юджин Вигнер, один из основателей теории симметрии в квантовой механике. Он предсказал, что электроны в материалах теоретически могут выстраиваться в правильные кристаллические структуры, благодаря тому, что отталкиваются друг от друга. Таким образом, если энергия кристаллического отталкивания между парой электронов больше, чем энергия их движения, то их расположение приведет к тому, что полная энергия будет наименьшей, а мы получим систему, аналогичную твердому телу.

Читать далее

Любовь Соковикова

Миром правят идеи. Яблоко, упавшее на голову Исаака Ньютона, навело его на мысль о создании теории гравитации. Коперник, взглянув в телескоп, пришел к выводу, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Его открытия и идеи послужили началом научной революции. Столетия спустя Альберт Эйнштейн опубликовал теорию относительности, в Стивен Хокинг всю свою жизнь посвятил изучению черных дыр. Труд каждого из них по отдельности, а также идеи и предположения великих ученых о Вселенной, позволили нам с вами наслаждаться фотографиями других «Солнечных систем» и разглядывать горы на Марсе, не выходя из дома. Между тем, Стивен Хокинг размышлял об удивительной физике черных дыр не имея на руках никаких данных, подтверждающих существование этих объектов (как и Эйнштейн). Его идеи, в конечном итоге, нашли научное подтверждение. Так, знаменитый парадокс черных дыр гласит, что мере того, как черная дыра испускает излучение, она испаряется, в конечном итоге полностью исчезая. Но если это так, то что в таком случае происходит с информацией? Недавно физики-теоретики пришли к выводу, что информация, как они теперь с уверенностью говорят, действительно ускользает их черной дыры. Но куда и что происходи с ней потом?

Читать далее

Любовь Соковикова

07.10.2021,

Каждый год СМИ сообщают о вручении той или иной Нобелевской премии в одной из пяти научных областей. Эти новости (знаю по себе) обычно остаются незамеченными среди бесчисленных инфоповодов со всех уголков земного шара. «Ну вручили и вручили, – думаем мы, пролистывая ленту перед сном или за чашечкой утреннего кофе – что там еще интересного-то»? Между тем, такое отношение к выдающимся интеллектуальным достижениям вряд ли можно счесть удовлетворительным. Да, мы привыкли к быстрому контенту – два поста здесь, три репоста там, обязательно поставить лайк подруге и еще не забыть посмотреть серию любимого сериала. Но. Но! Готова поспорить, на самом деле вряд ли можно найти тему интереснее, чем Нобелевская премия. Судите сами – химик и инженер, отец которого трудился над разработкой торпед, приобрел металлургический концерн, который впоследствии превратил в крупнейшего производителя вооружения в стране. Но больше всего прибыли ему принесло изобретение динамита. Да-да, Альфред Нобель и завещание свое придумал не просто так. Дело в том, что в 1888 году его «похоронили заживо». Когда его брат Людвиг погиб в Каннах, журналисты по ошибке разместили в газетах объявление о смерти не Людвига, а Альфреда Нобеля. Прочитав некролог, он с ужасом обнаружил, что его назвали «торговцем смертью». Именно тогда наш герой задумался над тем, каким его запомнит человечество.

Читать далее

Любовь Соковикова

Наша Вселенная расширяется с самого момента своего рождения около 14 миллиардов лет назад. И хотя может показаться, что со временем этот процесс должен замедлится, этого не происходит. Вселенная, вопреки нашим ожиданиям, расширяется со все возрастающей скоростью. Благодаря главенствующей в космологии теории Большого взрыва мы знаем, почему другие галактики удаляются от нас по мере того, как пространство продолжает расширяться. Этот феномен объясняет слабое свечение, наблюдаемое повсюду во Вселенной (свечение – это оставшееся тепло от рождения Вселенной, которое теперь остыло всего на несколько градусов выше абсолютного нуля). Словом, это удивительно мощное и элегантное объяснение того, как возникла наблюдаемая Вселенная. Но почему она расширяется все быстрее и быстрее? Концепция Большого взрыва, увы, не указывает на то, продолжит ли Вселенная расширяться и охлаждаться или же она в конечном итоге сократится до другой сверхгорячей сингулярности, тем самым, возможно, перезапустив весь цикл. Окончательная же судьба Вселенной, вероятно, зависит от свойств двух таинственных явлений – темной материи и темной энергии. Дальнейшее изучение того и другого может показать, как погибнет Вселенная.

Читать далее

Любовь Соковикова

О чем вы думаете когда слышите о кристаллах времени? Мне сразу представляется что-то наподобие тессеракта из мультивселенной Марвел или очередное безумное изобретение гениального Рика из «Рик и Морти». Только представьте – таинственные кристаллы времени, способные перенести их обладателя как в прошлое, так и в будущее. Но, я, конечно, пересмотрела научной фантастики и в реальности кристаллы времени или кристаллы Вильчека не способны перемещать кого-либо или что-либо во времени. И все же, физики ими буквально одержимы. Причина этой одержимости на самом деле проста: по сути, кристалл времени – это особая фаза материи, которая постоянно меняется, но, похоже, не использует энергии. Только представьте, объект, части которого движутся в регулярном, повторяющемся цикле, поддерживает это постоянное изменение без сжигания какой-либо энергии. Вообще. Кристаллы времени также являются первыми объектами, которые спонтанно нарушают «симметрию перемещения во времени» – обычное правило, согласно которому стабильный объект будет оставаться неизменным на протяжении всего времени. Кристаллы времени одновременно стабильны и постоянно меняются через определенные промежутки времени.

Читать далее

Любовь Соковикова

30.09.2021,

Ну что, поговорим немного о квантовой механике? Согласна, довольно сложная тема, но эта сложность лишь придает ей пикантности и остроты. Как и многочисленные предположения о существовании Мультивселенной и параллельных реальностей. К слову сказать, современная физика изобилует подобными идеями, но мы с вами остановимся на одной из, по моему скромному мнению, самых интересных из них – многомировой интерпретации квантовой механики или интерпретации Эверетта. В 1954 году, будучи аспирантом Принстонского университета, физик Хью Эверетт пришел к революционной интерпретации нерелятивистской квантовой механики, которую полностью развил за два последующих года. Однако научное сообщество не придало особого внимания трудам Эверетта, так как работа не вела к новым предсказаниям и к тому же выглядела парадоксальной и в целом ненужной. Более того, его труд никак не повлиял на основную линию развития теоретической физики и создание Стандартной модели физики элементарных частиц. И все же, десятилетия спустя работа Эверетта привлекла внимание космологов. И хотя практических последствий она по-прежнему не принесла, это не значит, что видение мира, описанное в работе выдающегося физика, не стоит нашего с вами внимания.

Читать далее

Любовь Соковикова

22.09.2021,

Одним из моих любимых мультипликационных персонажей является Люррр – правитель планеты Омикрон Персей 8 из уже культовой Футурамы. И хотя выглядит он не самым привлекательным образом, его супруга явно находит его симпатичным. Но речь не об этом, в конце концов мы с вами собрались не обсуждать внешность вымышленных инопланетных персонажей (хотя тема довольно занятная). Люррр в этой истории интересен тем, что больше всего на свете любит смотреть земные телесериалы. Но так как Омикрон Персей 8 находится от Земли на расстоянии 1000 световых лет, телесигнал достиг их планеты когда земляне дружно отпраздновали трехтысячный год. Любимым же шоу инопланетного правителя оказался сериал 1990-х «Одинокая женщина адвокат» (у нее, кстати, самая короткая юбка в мире), но вещание передачи было прервано из-за пролитого на пульты управления пива. Что и послужило причиной вторжения омикронцев на нашу планету в 3000 году. Классный сюжет, правда? Но если говорить серьезно, то может ли нечто хотя бы отдаленно похожее на сюжет Футурамы произойти на самом деле? Ведь наша планета и правда вещает в открытый космос, причем уже более ста лет. К тому же, результаты нового исследования показали, что наши радиосигналы достигли 75 звездных систем. И кто знает какие телешоу могут понравится тамошним обитателям.

Читать далее

Любовь Соковикова

Наш мир устроен сложнее, чем может показаться на первый взгляд. И хотя все мы любим простые ответы на сложные вопросы, они редко оказываются верными. Так, в начале XIX века английский химик Джон Дальтон, разработал новую теорию атома, которая хоть и не объясняла все наблюдаемые явления, но предваряла новые возможности в понимании того, как объединяются атомы и образуются химические вещества. Интересно, что до Дальтона в научных кругах преобладала идея о маленьких неделимых частицах, предложенная еще Демокритом и Левкипом, однако атом долгое время не представлял интереса для науки. И хотя Дальтон не сомневался, что атомы неделимы, наблюдалось нечто, казавшееся легче них самих. В те годы физики выдвинули предположение, согласно которому электрический заряд состоял из некоторых электрических атомов и аналогов, а в 1894 году ирландский физик Джордж Стони предложил называть «атом электричества» электроном. С тех пор утекло много воды, причем даже больше, чем можно было бы ожидать. Недавно исследователи из Бостонского университета создали новый образец металла, в котором движение электронов протекает так же, как вода течет по трубе. Новое открытие потенциально может привести к созданию нового типа электронного устройства.

Читать далее

Новости науки — Кафедра №40 «Физика элементарных частиц» НИЯУ МИФИ

Летом этого года группа ATLAS НИЯУ МИФИ под руководством профессора Анатолия Самсоновича Романюка проводит очередной сеанс тестирования различных прототипов детекторов переходного излучения. Подробнее о предыдущем сеансе можно прочитать в новости на нашем сайте.

Накануне нового сеанса, или как говорят между собой участники тестирования, тестбима (от  англ. test beam — тестовый пучок), нам удалось пообщаться с Анатолием Самсоновичем, а также с опытными сотрудниками и молодыми студентами, которые впервые побывали в Европейском Центре Ядерных Исследований (ЦЕРН) и самостоятельно работали с пучками частиц на ускорителе SPS.

Анатолий Романюк, руководитель проекта

Вопрос: Расскажите, пожалуйста, про цели проекта?

Мы разрабатываем детекторы переходного излучения, которые могут быть использованы для идентификации адронов больших энергий в экспериментах на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН, а также в экспериментах на будущих ускорителях и при исследовании космических лучей. Одной из научных программ, где возможно применение нового прототипа, это эксперимент со спектрометром под малыми углами (Small Angle Spectrometer, SAS). Данный эксперимент находится сейчас на стадии формирования. Его главной задачей должно стать изучение рождения адронов в протонных столкновениях, что важно само по себе, однако, большое значение он также будет иметь для физики космических лучей высоких энергий, где сейчас есть загадочный эффект при энергии около 10

17 ТэВ. Поскольку ключевым элементом SAS является детектор, способный разделять адроны в ТэВной области энергий, то существование этого эксперимента критическим образом зависит от результатов наших разработок. Коллаборация другого, уже действующего эксперимента COMPASS, также заинтересована в проекте нашей группы.

В этом году были исследованы прототипы на основе тонкостенных пропорциональных камер, кремниевых пиксельных детекторов и кремниевых микро-стриповых детекторов. Прототип на основе тонкостенных пропорциональных камер был собран нашими сотрудниками заново со значительно улучшенными характеристиками по сравнению с предыдущим годом. Измененная геометрия позволит в прямом смысле рассмотреть изучаемые эффекты под более широким углом. Кроме того, в этом прототипе было уделено большое внимание отказоустойчивости всех узлов. Наша группа анализировала спектральные и угловые характеристики переходного излучения, полученного при помощи созданных нами радиаторов разного типа.

Прототип Детектора Переходного Излучения, установленный на пучке

Константин Воробьев, координатор тестбима

Вопрос: Расскажи, пожалуйста, что такое тестирование детектора на пучке и для чего проводят подобные эксперименты?

В любом физическом исследовании на БАК важно эффективно идентифицировать элементарные частицы, другими словами уметь отделять, например, электроны от пи-мезонов. Цель нашего детектора как раз в этом. Во время тестов мы устанавливаем прототип на пути пучка элементарных частиц. Когда частицы пролетают сквозь детектор в чувствительных элементах возникает сигнал, по которому мы можем определить тип частиц. Важно заметить, что для идентификации частиц используется сигнал не от самих частиц, а от фотонов переходного излучения. Эти фотоны излучаются частицами, когда они проходят через специальные радиаторы, установленные перед детектором. Сам прототип способен улавливать эти фотоны и измерять их энергию. Поэтому он и называется детектором переходного излучения.

К этому сеансу на пучке частиц как и к предыдущим, готовились заблаговременно, очень помогли ценные знания, которые были получены во время анализа данных, собранных в прошлом году.

Вопрос: В прошлом году ты тоже координировал работу всей команды, расскажи, пожалуйста, каково это ставить эксперимент?

Надо сказать, что приходится много времени уделять согласованию работ между нашей командой и теми людьми, которые одновременно работают на пучке частиц. “Ускорительное время” очень ценное, при этом, одновременно проводится несколько экспериментов, так что все исследователи должны все время быть на связи друг с другом. Нужно заранее согласовать время и место установки прототипа, параметры пучка частиц, с которым мы будем работать. В собственной группе необходимо тоже поставить задачи перед каждым участником, убедиться в том, что задача ясна и не будет никаких проблем с ее выполнением. Задачи внутри группы у нас разные. Кто-то отвечает за сборку детекторов, кто-то за создание системы, которая позволит в реальном времени следить за сбором данных и состоянием каждого элемента прототипа.

Слева направо Константин Воробьев, Димитрий Краснопевцев, Петр Тетерин рядом с прототипом детектора переходного излучения

Петр Тетерин, один из создателей прототипа

Вопрос: Как нам известно, в этом году ты участвовал в работе над созданием прототипа. Сложно ли создавать детектор элементарных частиц?

Создать качественный детектор элементарных частиц задача непростая, даже в нашем случае, когда есть хорошо проработанный план и пример успешно работающего Трекового Детектора Переходного Излучения. Я говорю пример, потому что в основе нашего прототипа лежат те же элементарные компоненты. В этом году у нашей группы, с моей точки зрения, хорошая финансовая поддержка. Это позволило сделать более качественный прототип.

Физический анализ данных прошлого года показал несколько противоречивые результаты. В этом году нужно однозначно исключить систематические ошибки эксперимента, связанные с «железом». Мы очень внимательно в этот раз выбираем материалы, из которых создаем прототип. Тестируем разные пластмассы и составы для склеивания частей. Важно, чтобы они обеспечивали необходимую электрическую и газовую изоляции.

Вопрос: Вся ли группа состоит только из МИФИстов?

Что касается прототипа детектора переходного излучения, то здесь действительно участвуют специалисты в основном из МИФИ и несколько человек из МГУ и ФИАНа. Однако,  в этом году в тесном контакте с нами работали группы из Италии и Швейцарии. Иностранные коллеги тестировали свои прототипы рядом с нами. Работа нескольких разных детекторов на одном пучке — это очень полезная штука. Когда возникают сложности с интерпретацией данных от одного детектора, всегда можно посмотреть, что зафиксировал другой. В экспериментальной физике вообще действует такой принцип, что достоверными результатами можно считать те, которые были получены минимум в двух независимых экспериментах. Поэтому, работа с несколькими различными детекторами, работающими на одном пучке это важно с той точки зрения, что они могут подтвердить результаты друг друга.

Диана Пятиизбянцева на дежурстве во время сбора статистки проводит коллимацию пучка частиц

Диана Пятиизбянцева, магистрант МИФИ, кафедра №40

Вопрос: Расскажи, пожалуйста, про свое участие в тестбиме?

Летом этого года мне вместе с ещё несколькими студентами НИЯУ МИФИ посчастливилось пройти производственную практику в ЦЕРНе. Мы поехали специально, чтобы принять участие в тестировании прототипа детектора переходного излучения.

Перед началом работы для нас были проведены обучающие тренинги, во время которых нам подробно рассказали обо всех особенностях предстоящей работы. Мне запомнились круглосуточные дежурства или, как тут принято говорить шифты (англ. shift), во время сбора данных. Эти шифты длились по восемь часов, а иногда и больше. Во время смены я должна была менять радиаторы, настраивать параметры пучка частиц, следить за рабочими характеристиками каждого компонента, а также за качеством записываемых данных. Как видно, фронт работы являлся очень большим, поэтому работали мы не в одиночку, а по два-три человека. В каждой такой группе обязательно был опытный эксперт, который принимал участие в тестбиме прошлого года. Проведенные здесь три недели были наполнены различными задачами и регулярными совещаниями. Хотелось бы выразить особую благодарность НИЯУ МИФИ за предоставленную возможность посетить столь интересное место и вырасти в профессиональном плане.

Семён Доронин, магистрант МИФИ, кафедра №40

Вопрос: Расскажи, пожалуйста, как прошла твоя поездка в ЦЕРН?

В группу ATLAS МИФИ я пришел относительно недавно, и в первый же год мне выпала такая замечательная возможность принять участие в реальном эксперименте. С самых первых дней работы мне помогали старшие коллеги, которые относились ко мне с уважением, пониманием и терпением, несмотря на то, что иногда что-то у меня не получалось. У нас в группе всегда царила дружественная и тёплая атмосфера. Хочется поблагодарить всех их за те знания и навыки, которые я приобрел, работая с ними.

Еще до приезда в ЦЕРН я начал работать со своим научным руководителем над математическим моделированием, которое должно воспроизвести физические процессы в прототипе, поэтому для меня было особенно интересно увидеть, как все функционирует вживую. На тестбиме я работал непосредственно с компонентами детектора. Для меня, как для человека, который в будущем планирует заниматься электроникой, это был незаменимый опыт работы. После окончания тестирования сразу началась обработка полученных данных, в которой я тоже принял участие. Как видно, работа была самая разнообразная и полученные знания, навыки могут быть полезны для меня в будущем сразу в нескольких областях науки. За предоставленную возможность принять участие в международном эксперименте и получить новые знания и опыт я хочу поблагодарить руководство МИФИ, а также руководителя ATLAS группы в МИФИ Романюка Анатолия Самсоновича.

Слева направо Семен  Доронин и Роман Радомский проводят пайку микросхемы одного из модулей детектора переходного излучения

Роман Радомский, магистрант МИФИ, кафедра №40

Вопрос: Как в твоем обучении в МИФИ тебе помогла поездка в ЦЕРН?

В настоящий момент в МИФИ в рамках своей научной-исследовательской работы я занимаюсь обработкой и анализом данных, полученных во время прошлого тестбима. Мне всегда было интересно узнать подробнее, каким именно образом были получены эти данные, а также попробовать самому принять участие в эксперименте.

Когда мы только приехали в ЦЕРН, ребята с нашей кафедры помогли нам быстро оформить все документы, получить необходимое оборудование (например, дозиметры) и приступить к самой практике. С первого же дня мы были полностью погружены в работу. Кстати, об атмосфере здесь: она потрясающая. Ты всё время находишься в окружении опытных специалистов, всегда можешь найти кого-либо, чтобы попросить совета или обсудить что-то по научной работе. Все, к кому я обращался, очень внимательно относились к моим вопросам и старались максимально помочь. Это мне и понравилось больше всего.

Сама работа была разносторонней – мы не сидели над одним и тем же заданием всё время. Дел было много, а время ограничено, поэтому нередко приходилось задерживаться и оставаться после рабочего дня. Когда установка была готова к набору данных, нам провели небольшой вводный курс, чтобы мы уже могли самостоятельно работать на дежурствах во время набора статистики. С этого момента всю неделю каждый день в одно и то же время проходили совещания, и мы докладывали о результатах за день. С нами работали и коллеги из других стран, это была отличная возможность получить новые знания и практиковать английский язык. Хотел бы выразить благодарность руководству МИФИ за такую уникальную возможность поучаствовать в международном эксперименте и получить незаменимый опыт.

Рабочее совещание группы. Слева направо: Франческо Лопарко, Сергей Коновалов, Анатолий Романюк, Константин Филиппов, Петр Тетерин, Александр Савченко, Семен  Доронин, Роман Радомский, Диана Пятиизбянцева, Константин Воробьев, Евгений Шульга,  Даниил Пономаренко, Владимир Тихомиров 

Список участников эксперимента от НИЯУ МИФИ:

  • Проф. каф. 40 Анатолий Романюк
  • Доцент каф. 40 Владимир Тихомиров
  • Доцент каф. 40 Сергей Смирнов
  • Инженер, аспирант каф. 40 Юрий Смирнов
  • Ведущий инженер, каф. 40 Петр Тетерин
  • Инженер, аспирант каф. 40 Константин Воробьев
  • Инженер, аспирант каф. 40 Константин Филиппов
  • Инженер, аспирант каф. 40 Димитрий Краснопевцев
  • Ассистент каф. 40 Евгений Шульга
  • Аспирант, инженер каф. 40 Даниил Пономаренко
  • Магистрант каф. 40 Роман Радомский
  • Магистрант каф. 40 Семён Доронин
  • Магистрант каф. 40 Диана Пятиизбянцева
  • Аспирант каф. 67 Александр Савченко
  • Аспирант каф. 40 Никита Смирнов

Репортаж подготовили Екатерина Орешкина и Димитрий Краснопевцев

 

 

ИГУ

Завтра, 20 марта, в Научной библиотеке им. В. Г. Распутина ИГУ пройдет очередная лекция седьмого сезона научно-популярного проекта «Научные weekend’ы». Ее тема: «Буря и натиск: физика сто лет назад (о нобелевских лауреатах по физике)». Лектор — Андрей Танаев, кандидат физико-математических наук, директор НИИ прикладной физики ИГУ.

Начало лекции в 11.00. Вход свободный. Также предусмотрена онлайн-трансляция в социальной сети Facebook. Из-за введенных противоэпидемических мер при личном посещении лекции обязательно наличие защитной маски.

«Научные weekend’ы» — это просветительско-образовательный проект, реализующийся специально для любознательных иркутян Иркутским государственным университетом и клубом молодых ученых «Альянс». Каждую субботу ученые и преподаватели университета выступают с публичными лекциями на самые актуальные темы. Они рассказывают о разном с точки зрения науки, причем не просто информируют слушателей, а обсуждают с ними эти темы.

Лекции неизменно проходят в современном образовательном пространстве Научной библиотеки им. В. Г. Распутина ИГУ (ул. Лермонтова, 124). Однако в этом сезоне местом проведения одной из майских лекций выступит Ботанический сад биолого-почвенного факультета ИГУ.

Лекции проекта можно посмотреть на странице научно-популярного блога ИГУ — УНИВЕРSUM.

Темы предстоящих лекций:

  • «Буря и натиск: физика сто лет назад (о нобелевских лауреатах по физике)». Лектор — Андрей Танаев, кандидат физико-математических наук, директор НИИ прикладной физики ИГУ.
  • «Квантовая химия: от истоков до наших дней». Лектор — Владимир Кобычев, доктор химических наук, профессор кафедры физической и коллоидной химии химического факультета ИГУ.
  • «Пилотируемая космонавтика: новые лица». Лектор — Сергей Язев, доктор физико-математических наук, профессор, директор астрономической обсерватории ИГУ.
  • «Из истории советско-монгольской комплексной Хубсугульской экспедиции». Лектор — Аркадий Матвеев, доктор биологических наук, профессор, декан биолого-почвенного факультета ИГУ.
  • «Что такое устойчивое развитие: мировые и корпоративные практики». Лектор — Иван Болтенков, старший преподаватель Сибирско-американского факультета Байкальской международной бизнес-школы ИГУ.
  • «Аптекарский огород в Южном Прибайкалье». Лектор — Светлана Сизых, кандидат биологических наук, заведующая Ботаническим садом биолого-почвенного факультета ИГУ.
  • «Актуальный Мандельштам». Лектор — Екатерина Сумарокова, старший преподаватель кафедры новейшей русской литературы Института филологии, иностранных языков и медиакоммуникации ИГУ.

физики опровергают теорию Большого взрыва

18 октября 2021 15:29  

Вначале было… ну, может, и не было начала. Возможно, наша Вселенная существовала всегда — и новая теория квантовой гравитации показывает, как это могло работать.

«В реальности так много вещей, которые у большинства людей ассоциируются с научной фантастикой или даже с фэнтези», — сказал Live Science Бруно Бенто, физик, изучающий природу времени в Ливерпульском университете в Великобритании.

В своей работе он использовал новую теорию квантовой гравитации, называемую теорией причинных множеств, в которой пространство и время разбиты на дискретные части пространства-времени. Согласно этой теории, на определенном уровне существует фундаментальная единица пространства-времени . 

Бенто и его сотрудники использовали этот причинно-следственный подход для исследования начала Вселенной. Они обнаружили, что вполне возможно, что у Вселенной не было начала — она ​​всегда существовала в бесконечном прошлом и только недавно превратилась в то, что мы называем Большим взрывом .
Квант гравитации
Квантовая гравитация, пожалуй, самая неприятная проблема современной физики. У нас есть две чрезвычайно эффективные теории Вселенной: квантовая физика и общая теория относительности . Квантовая физика успешно описала три из четырех фундаментальных сил природы ( электромагнетизм , слабое взаимодействие и сильное взаимодействие) вплоть до микроскопических масштабов. С другой стороны, общая теория относительности — это наиболее мощное и полное описание гравитации из когда-либо придуманных.

Но при всех своих сильных сторонах общая теория относительности неполна. По крайней мере, в двух конкретных местах Вселенной математика общей теории относительности просто не работает, не давая надежных результатов: в центрах черных дыр и в начале Вселенной. Эти области называются «сингулярностями», то есть точками в пространстве-времени, где рушатся наши текущие законы физики, и они являются математическими предупреждающими знаками о том, что общая теория относительности спотыкается о самой себе. Внутри обеих этих сингулярностей гравитация становится невероятно сильной на очень крошечных масштабах длины.
Таким образом, для разгадки тайн сингулярностей физикам необходимо микроскопическое описание сильной гравитации, также называемое квантовой теорией гравитации. Есть много претендентов, включая теорию струн и петлевую квантовую гравитацию .

И есть еще один подход, который полностью меняет наше понимание пространства и времени.

Теория причинных множеств
Во всех современных теориях физики пространство и время непрерывны. Они образуют гладкую ткань, лежащую в основе всей реальности. В таком непрерывном пространстве-времени две точки могут быть как можно ближе друг к другу в пространстве, а два события могут происходить как можно ближе друг к другу по времени.
Но другой подход, называемый теорией причинных множеств, переосмысливает пространство-время как серию дискретных фрагментов или пространственно-временных «атомов». Эта теория наложила бы строгие ограничения на то, насколько близко могут быть события в пространстве и времени, поскольку они не могут быть ближе, чем размер «атома».

Связанный: Можем ли мы остановить время?

Например, если вы смотрите на свой экран и читаете это, все кажется гладким и непрерывным. Но если вы посмотрите на один и тот же экран через увеличительное стекло, вы можете увидеть пиксели, разделяющие пространство, и вы обнаружите, что невозможно приблизить два изображения на экране ближе, чем один пиксель.

Эта физическая теория взволновала Бенто. «Я был очень рад найти эту теорию, которая не только пытается стать настолько фундаментальной, насколько это возможно — являясь подходом к квантовой гравитации и фактически переосмысливая само понятие пространства-времени, — но также отводит центральную роль времени и тому, что оно физически означает, что время пройдет, насколько на самом деле физически ваше прошлое и существует ли уже будущее », — сказал Бенто Live Science.
Начало времени
Теория причинных множеств имеет важное значение для природы времени. 

«Огромная часть философии причинных множеств состоит в том, что течение времени является чем-то физическим, и его нельзя приписывать какой-то возникающей иллюзии или чему-то, что происходит в нашем мозгу, что заставляет нас думать, что время идет; это прохождение само по себе проявление физической теории », — сказал Бенто. «Итак, в теории причинных множеств, причинное множество будет расти на один« атом »за раз и становиться все больше и больше».

Подход причинных множеств аккуратно снимает проблему сингулярности Большого взрыва, потому что в теории сингулярности не могут существовать. Материю невозможно сжать до бесконечно крошечных точек — они могут быть не меньше размера атома пространства-времени. 

Итак, как выглядит начало нашей Вселенной без сингулярности Большого взрыва? Именно здесь Бенто и его сотрудник Став Залель, аспирант Имперского колледжа Лондона, подхватили нить, исследуя, что теория причинных множеств говорит о начальных моментах существования Вселенной. Их работа опубликована 24 сентября в базе данных препринтов arXiv . (Статья еще не опубликована в рецензируемом научном журнале.) 

В статье исследовалось, «должно ли начало существовать в подходе причинно-следственных связей», — сказал Бенто. «В первоначальной формулировке и динамике причинного множества, классически говоря, причинный набор вырастает из ничего во вселенную, которую мы видим сегодня. Вместо этого в нашей работе не было бы Большого взрыва в качестве начала, поскольку причинное множество было бы бесконечным до прошлое, и поэтому всегда что-то есть раньше «.

Их работа подразумевает, что у Вселенной, возможно, не было начала — что она просто существовала всегда. То, что мы воспринимаем как Большой взрыв, могло быть лишь особым моментом в эволюции этой всегда существующей причинной совокупности, а не истинным началом.

Однако предстоит еще много работы. Пока не ясно, может ли этот беспричинный причинный подход допускать физические теории, с которыми мы можем работать, чтобы описать сложную эволюцию Вселенной во время Большого взрыва.

«Можно все еще спросить, можно ли интерпретировать этот [подход причинно-следственных связей]« разумным »способом или что такая динамика физически означает в более широком смысле, но мы показали, что структура действительно возможна», — сказал Бенто. «Так что, по крайней мере, математически это можно сделать».

Другими словами, это… начало.


Физико-технический факультет

Физико-технический факультет Тверского государственного университета является ведущим и системообразующим центром физического образования Верхневолжского региона, основным поставщиком научных и педагогических кадров высшей квалификации в области физики для научных организаций и образовательных учреждений всех рангов. В структуре ТвГУ физико-технический факультет является одним из классических вузообразующих естественно-научных факультетов, обладающих наиболее высококвалифицированными кадрами, высоким уровнем научных исследований, развитой материальной, экспериментальной и методологической базой.

В настоящее время на факультете ведется подготовка по следующим направлениям бакалавриата:

  • 03.03.02 «Физика», профиль «Физика конденсированного состояния вещества»
  • 03.03.03 «Радиофизика», профиль «Физика и технология радиоэлектронных приборов и устройств»
  • 27.03.05 «Инноватика», профиль «Управление инновациями (по отраслям и сферам экономики)»

и по направлениям магистратуры:

  • 03.04.02 «Физика» , профиль «Физика конденсированного состояния вещества»
  • 03.04.03 «Радиофизика», профиль «Физика и технология радиоэлектронных приборов и устройств»

Основные даты развития физического образования в Тверском регионе связаны с историей факультета: открытие в 1917 году Тверского учительского института включающего физико- математический факультет; создание в 1921 году Тверского Педагогического Института, с физико-математическим отделением; образование в 1932 году физико-технического факультета, его последующая реорганизация в физико-математический (1942 г.) и в физический (1967 г.) факультет. В 1999 году уже в составе Тверского государственного университета физический факультет был преобразован в физико-технический факультет. В становлении факультета принимали участие такие известные в истории отечественной науки ученые как профессора В.К. Семенченко, И.С. Остапович, Б.А. Воронцов-Вельяминов, Б.А. Флоринский, лауреат Государственной премии 1951г., проф. Р.И. Янус, В.М. Брадис. В течение 15 лет деканом факультета являлся проф. Друин В.А., лауреат Ленинской премии за открытие новых сверхтяжелых элементов.

Исторически сложившимися направлениями фундаментальных и прикладных исследований, которые ведутся в настоящее время на факультете, являются исследования в области физики твердого тела, теоретической и молекулярной физики, а также в области физического материаловедения. Становление факультета и направлений научных исследований связано с именами заслуженных деятелей науки, профессоров Рудяка В.М., Мишина Д.Д., Щербакова Л.М., Смирнова Ю.М.

В настоящее время развиваются работы по разработке и развитию физических моделей процессов перемагничивания и формирования высококоэрцитивного состояния редкоземельных магнетиков (проф. Пастушенков Ю.Г.), по физике межфазных явлений и теории наноразмерных систем (проф. Самсонов В.М.), исследованию физических свойств и методов изучения сегнетоэлектрических, пироэлектрических и сегнетоэластических материалов (проф. Иванов В.В.), изучению связи свойств веществ со строением молекул (проф. Орлов Ю.Д.). Развиваются направления, связанные с изучением дефектности и оптических свойства кристаллов, симметрийные подходы к изучению физических свойств различных классов материалов функциональной электроники (проф. Смирнов Ю.М.). Одним из новых направлений факультета является информатика в физике. Направление, связанное с ядерной физикой, в настоящее время поддерживает проф. Околович В.Н., бывший вице-президент, академик Казахской НАН. Показательно, что в настоящее время три сотрудника факультета (проф. Самсонов В.М., Пастушенков Ю.Г и доц. Педько Б.Б.) являются членами научных советов РАН.

Факультет активно участвует в работе по грантам и федеральным программам в области приоритетных направлений науки и техники, реализует ряд научных и образовательных программ с партнерами в России и за рубежом. К наиболее крупным партнерам физико-технического факультета относятся: ОИЯИ, МГУ, ИК РАН, МИРЭА, ВНИИСИМС (г. Александров), ИХФ РАН, и более 20 других научных организаций РФ, а также Макс-Планк-Институт исследованя металлов (г. Штутгарт, ФРГ), Институт физики университета г. Оснабрюк (ФРГ), Международная научно-исследовательская лаборатория высоких магнитных полей и низких температур, г. Вроцлав (Польша), Электротехническая лаборатория Национального политехнического института Гренобля (Франция), Лаборатория Л. Нееля Франции и другие зарубежные научные центры.

Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Физики, работающие на детекторе LHCb на Большом адронном коллайдере, обнаружили намеки на явления, которые не могут быть объяснены в рамках современной физики — Стандартной модели, описывающей свойства всех известных частиц. Об этом сообщается в препринте, опубликованном в репозитории arXiv.

В марте группа ученых опубликовала данные, что прелестные кварки (b-кварки) распадаются на мюоны на 15 процентов реже, чем на родственные мюонам частицы — электроны. Это невозможно объяснить в Стандартной модели, которая предусматривает лишь одно различие между мюоном и электроном, который в 200 раз легче своего «близнеца». Иными словами, прелестные кварки должны с одинаковой частотой распадаться на мюоны и электроны. Однако в тот момент разница между экспериментальными данными и Стандартной моделью составляла три сигмы или три стандартных отклонения, что в физике элементарных частиц недостаточно, чтобы однозначно судить об открытии.

Материалы по теме

00:04 — 25 апреля

Мы вам не братья

Чем обернется для человечества контакт с инопланетным разумом? Отвечают ученые

00:03 — 1 марта 2020

Конец инопланетянам

Откуда берутся таинственные сигналы из космоса и почему внеземных цивилизаций не существует

Чтобы физики могли говорить о существовании неизвестной силы, мешающей распаду b-кварков на мюоны, необходимо достигнуть результата в пять сигм, когда вероятность, что различие вызвано случайностью, составит менее одного на миллион. Хотя в новом исследовании не удалось достичь этого порога, ученые наблюдали тот же эффект: распад прелестных кварков на мюоны происходил на 30 процентов реже, чем распад на электроны. Разница между теорией и экспериментом составила примерно два стандартных отклонений или около двух сигм. Иными словами, вероятность статистической ошибки составляет чуть более двух процентов.

По словам ученых, подтвердить или опровергнуть эти данные поможет ввод в строй модернизированного детектора LHCb, который должен будет собрать дополнительные данные и предоставить дополнительную статистику.

Хотя на настоящий день Стандартная модель прошла все экспериментальные проверки, ученые знают, что она является неполной. Она не включает в себя гравитационное взаимодействие и не описывает частицы, которые могли бы объяснить существование темной материи, оказывающей наблюдаемое влияние на обычное вещество во Вселенной. В последнее время накапливается все больше данных о Новой физике за пределами Стандартной модели, однако до сих пор ученые не обнаружили однозначных свидетельств ее существования.

Физика в Интернет.

PhysicsWeb  — physics news, jobs and resources — новости физики, важнейшие события (конференции, школы), ресурсы.

PhysNet — Worldwide Physics Department and Documents Network — ссылки на сайты физических институтов и факультетов университетов, электронные журналы, научные доклады, препринты, списки публикаций, календарь конференций и научных школ.

Physics section on Yahoo

Научная поисковая машина SCIRUS:

AAAS — American Association for Advancement of Science.
EurekAlert! — новости науки.
Euroscience

Физические общества и Организации:

Российская Академия наук


Европейское физическое общество
Американское физическое общество
The Institute of Electrical and Electronics Engineers — IEEE
Institution of Electrical Engineers — IEE
International Union of Radio Science — URSI
Geoscience and Remote Sensing Society — GRSS
The International Society for Optical Engineering — SPIE

Электронные версии журналов и другие публикации:

Журналы Американского физического общества
Журналы Института физики
Online сервисы Института физики
Электронные журналы Американского Института физики
AIP Physics News — архив (с возможностью поиска) еженедельного бюллетеня Американского института физики.
DOAJ — directory of Open Access Journals
ru.arXiv.org  e-Print archive mirror в ИТЭФ (Москва) — автоматизированный архив электронных научных публикаций.
Электронная библиотека IEEE/IEE (IEL)
ADS Physics and Geophysics Abstract Service — поиск в базе данных аннотаций, предоставленной группой научно-технической информации НАСА.
Библиотечная система Калтеха
Публикации SPIE
Техническая (оптика и фотоника) библиотека научного центра Photonics Research Center
Научно-техническая библиотека
Научная электронная библиотека
Mathematical Physics Electronic Lournal
The Astronomical Journal
Living Reviews in Relativity, Living Reviews in Solar Physics
Nature
Science
Scientific American
«Успехи физических наук»
Журналы Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН
Исследовано в России
Журнал радиоэлектроники

Гранты и научные фонды:

Российский фонд фундаментальных исследований

Новый материал может состоять из двух сверхпроводников в одном

Аравинд Девараконда PhD ’21 — ведущий автор статьи, описывающей экзотическую форму сверхпроводимости. Предоставлено: Дени Пайсте.

Физики и коллеги из Массачусетского технологического института продемонстрировали экзотическую форму сверхпроводимости в новом материале, синтезированном командой всего около года назад. Хотя этот тип сверхпроводимости предсказывался в 1960-х годах, до сих пор было трудно стабилизировать этот тип сверхпроводимости.Кроме того, ученые обнаружили, что одним и тем же материалом потенциально можно манипулировать для проявления еще одной, столь же экзотической формы сверхпроводимости.

Работа была опубликована в номере журнала Nature от 3 ноября.

Демонстрация сверхпроводимости с конечным импульсом в слоистом кристалле, известном как естественная сверхрешетка, означает, что материал может быть изменен для создания различных структур сверхпроводимости в одном и том же образце.А это, в свою очередь, может иметь последствия для квантовых вычислений и не только.

Ожидается, что этот материал станет важным инструментом для раскрытия секретов нетрадиционных сверхпроводников. Это может быть полезно для новых квантовых технологий. Разработка таких технологий является сложной задачей, отчасти потому, что материалы, из которых они состоят, могут быть трудными для изучения. Новый материал может упростить такое исследование, потому что, помимо прочего, его относительно легко провести.

«Важной темой нашего исследования является то, что новая физика рождается из новых материалов», — говорит Джозеф Чекельски, ведущий исследователь работы и доцент кафедры физики Mitsui Career Development.«Наш первоначальный отчет в прошлом году был об этом новом материале. Эта новая работа сообщает о новой физике».

Соавторы Чекельского по данной статье — ведущий автор Аравинд Девараконда, доктор философии. 21 год, который сейчас учится в Колумбийском университете. Работа была центральной частью диссертации Девараконды. Соавторы: Такехито Судзуки, бывший научный сотрудник Массачусетского технологического института, ныне работающий в Университете Тохо в Японии; Шианг Фанг, постдок факультета физики Массачусетского технологического института; Джунбо Чжу, аспирант Массачусетского технологического института по физике; Дэвид Граф из Национальной лаборатории сильного магнитного поля; Маркус Крайнер из Центра науки о новых веществах RIKEN в Японии; Лян Фу, доцент физики Массачусетского технологического института; и Эфтимиос Каксирас из Гарвардского университета.

Новый квантовый материал

Классическая физика может быть использована для объяснения любого количества явлений, лежащих в основе нашего мира, до тех пор, пока вещи не станут чрезвычайно маленькими. Субатомные частицы, такие как электроны и кварки, ведут себя по-разному, и это до сих пор полностью не изучено. Войдите в квантовую механику, область, которая пытается объяснить их поведение и результирующие эффекты.

Чекельски и его коллеги открыли новый квантовый материал, или тот, который проявляет экзотические свойства квантовой механики на макроскопическом уровне.В данном случае рассматриваемый материал является сверхпроводником.

Чекельский объясняет, что сравнительно недавно произошел бум создания специальных сверхпроводников, которые являются двумерными или имеют толщину всего в несколько атомных слоев. Эти новые ультратонкие сверхпроводники представляют интерес отчасти потому, что они должны дать представление о самой сверхпроводимости.

Но есть проблемы. Во-первых, материалы толщиной всего в несколько атомных слоев сами по себе трудно изучать, потому что они очень хрупкие.Может ли быть другой подход к раскрытию их секретов?

Новый материал, созданный Чекельски и его коллегами, можно рассматривать как сверхпроводящий эквивалент слоеного пирога, где один слой представляет собой ультратонкую пленку сверхпроводящего материала, а следующий — ультратонкий защитный слой-разделитель. Укладка этих слоев друг на друга приводит к образованию большого кристалла (это происходит естественным образом, когда составляющие элементы сера, ниобий и барий нагреваются вместе). «И тот макроскопический кристалл, который я могу держать в руке, ведет себя как двумерный сверхпроводник.Это было очень удивительно », — говорит Чекельский.

Многие зонды, которые ученые используют для изучения двумерных сверхпроводников, сложно использовать на атомно тонких материалах. Поскольку новый материал настолько велик, «теперь у нас есть гораздо больше инструментов [для его характеристики]», — говорит Чекельски. Фактически, для работы, представленной в данной статье, ученые использовали метод, требующий массивных образцов.

Экзотические сверхпроводники

Сверхпроводник особым образом переносит заряд.Вместо одного электрона заряд переносится двумя электронами, связанными вместе в так называемой куперовской паре. Однако не все сверхпроводники одинаковы. Некоторые необычные формы сверхпроводимости могут появиться только тогда, когда куперовские пары могут беспрепятственно перемещаться через материал на относительно большие расстояния. Чем больше расстояние, тем «чище» материал.

Материал команды Чекельского очень чистый. В результате физики были взволнованы, чтобы увидеть, может ли он проявлять необычное сверхпроводящее состояние, что он и делает.В текущей статье команда показывает, что их новый материал представляет собой сверхпроводник с конечным импульсом при приложении магнитного поля. Этот особый вид сверхпроводимости, который был предложен в 1960-х годах, оставался увлекательным для ученых.

Хотя сверхпроводимость обычно разрушается умеренными магнитными полями, сверхпроводник с конечным импульсом может сохраняться и дальше, образуя регулярную структуру областей с большим количеством куперовских пар и областей, у которых их нет. Оказывается, таким сверхпроводником можно манипулировать, чтобы сформировать множество необычных паттернов при перемещении куперовских пар между квантово-механическими орбитами, известными как уровни Ландау.А это означает, говорит Чекельски, что теперь ученые должны иметь возможность создавать разные модели сверхпроводимости в одном и том же материале.

«Это поразительный эксперимент, который может продемонстрировать движение куперовских пар между уровнями Ландау в сверхпроводнике, чего никогда раньше не наблюдалось. Честно говоря, я никогда не ожидал увидеть это в кристалле, который вы могли бы держать в руке, так что это Чтобы наблюдать этот неуловимый эффект, авторам пришлось провести кропотливые и высокоточные измерения на уникальном двумерном сверхпроводнике, который они обнаружили ранее.Это замечательное достижение не только с точки зрения технической сложности, но и сообразительности », — говорит Кайл Шен, профессор физики Корнельского университета. Шен не принимал участия в исследовании.

Кроме того, физики поняли, что в их материале также есть ингредиенты для еще одного экзотического вида сверхпроводимости. Топологическая сверхпроводимость предполагает движение заряда по краям или границам. В этом случае этот заряд может перемещаться по краям каждого внутреннего сверхпроводящего рисунка.

Команда Чекельского в настоящее время работает над тем, чтобы выяснить, действительно ли их материал способен к топологической сверхпроводимости. Если да, то «можем ли мы объединить оба новых типа сверхпроводимости? Что это может принести?» — спрашивает Чекельский.

«Было очень весело реализовывать этот новый материал», — заключает он. «По мере того, как мы углублялись в понимание того, что он может делать, нас ждал ряд сюрпризов. Это действительно захватывающе, когда появляются новые вещи, которых мы не ожидаем».

Техника «Капли дождя на крыше» открывает новую квантовую жидкость
Дополнительная информация: А.Девараконда и др., Сигнатуры бозонных уровней Ландау в сверхпроводнике с конечным импульсом, Nature (2021). DOI: 10.1038 / s41586-021-03915-3 Предоставлено Массачусетский Институт Технологий

Этот рассказ переиздан с разрешения MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), популярный сайт, на котором освещаются новости об исследованиях, инновациях и обучении Массачусетского технологического института.

Ссылка : Новый материал может быть два сверхпроводника в одном (2021, 16 ноября) получено 16 ноября 2021 г. с https: // физ.org / news / 2021-11-material-superconductors.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Физики обнаруживают невзаимный поток вокруг квантового мира

Направленная циркуляция тока вокруг треугольника атомов за счет синтетического магнитного поля.Предоставлено: Энди Уайлд.

Пара физиков-теоретиков из Университета Эксетера (Великобритания) и Университета Сарагосы (Испания) разработала квантовую теорию, объясняющую, как создавать невзаимные потоки квантового света и материи. Исследования могут быть важны для создания квантовых технологий, которые требуют направленной передачи энергии и информации в малых масштабах.

Взаимность, идущая назад и вперед, является повсеместным понятием в физике.Знаменитый пример можно найти в законе Ньютона: на каждое действие существует равное и противоположное противодействие. Распад такого мощного понятия, как взаимность, в любой области физики, от механики до оптики и электромагнетизма, обычно связан с неожиданностями, которые можно использовать в технологических приложениях. Например, невзаимный электрический диод позволяет току проходить вперед, но не назад, и является строительным блоком в отрасли микроэлектроники.

В своих последних исследованиях Даунинг и Зуэко предлагают квантовую теорию невзаимного переноса вокруг треугольного кластера сильно взаимодействующих квантовых объектов.Вдохновленные физикой квантовых колец, они показывают, что, создав искусственное магнитное поле, можно настроить направление потока энергии вокруг кластера. Теория учитывает сильные взаимодействия частиц, так что направленность проявляется в диапазоне энергий, и рассматривает пагубный эффект диссипации для образования невзаимных квантовых токов.

Исследования могут быть полезны при разработке квантовых устройств, требующих эффективного направленного транспорта, а также для дальнейших исследований сильно взаимодействующих квантовых фаз, синтетических магнитных полей и квантовых симуляторов.

Чарльз Даунинг из Университета Эксетера объясняет: «Наши расчеты дают представление о том, как можно инициировать направленный перенос в замкнутых наноскопических решетках атомов и фотонов с помощью сильных взаимодействий, которые могут привести к разработке новых устройств высоконаправленного характера».

«Невзаимная динамика населения в квантовом тримере» опубликована в Proceedings of the Royal Society A , историческом журнале, который публикует научные исследования с 1905 года.

Лучшее из обоих миров: сочетание классических и квантовых систем для удовлетворения требований суперкомпьютеров.
Дополнительная информация: Невзаимная динамика населения в квантовом тримере, Труды Королевского общества A: математические и физические науки (2021 г.).DOI: 10.1098 / rspa.2021.0507. royalsocietypublishing.org/doi… .1098 / rspa.2021.0507 Предоставлено Эксетерский университет

Ссылка : Физики обнаруживают невзаимное течение в квантовом мире (2021, 16 ноября) получено 16 ноября 2021 г. с https: // физ.org / news / 2021-11-Physicists-detect-non-взаимно-Quantum-world.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Замедление времени общей теории относительности было зафиксировано на миллиметре

Миллиметр может показаться не таким уж большим.Но даже такое маленькое расстояние может изменить течение времени.

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, часы идут тем быстрее, чем дальше они находятся от Земли или другого массивного объекта ( SN: 10/4/15 ). Теоретически это должно быть справедливо даже при очень небольшой разнице в высоте часов. Теперь невероятно чувствительные атомные часы заметили это ускорение на миллиметровом образце атомов, обнаружив эффект при меньшей разнице высот, чем когда-либо прежде.Как сообщают исследователи 24 сентября на arXiv.org, время движется немного быстрее в верхней части этой выборки, чем в нижней.

«Это фантастика», — говорит физик-теоретик Марианна Сафронова из Делавэрского университета в Ньюарке, которая не принимала участия в исследовании. «Я думал, что до этого момента потребуется гораздо больше времени». Чрезвычайная точность измерения атомных часов предполагает возможность использования чувствительных часов для проверки других фундаментальных концепций физики.

Врожденное свойство атомов позволяет ученым использовать их в качестве часов. Атомы существуют на разных уровнях энергии, и определенная частота света заставляет их прыгать с одного уровня на другой. Эта частота — частота колебаний световых волн — служит той же цели, что и секундная стрелка часов, которая регулярно тикает. Для атомов, находящихся дальше от земли, время бежит быстрее, поэтому для скачка энергии потребуется более высокая частота света. Ранее ученые измерили этот частотный сдвиг, известный как гравитационное красное смещение, на разнице высот в 33 сантиметра ( SN: 9/23/10 ).

В новом исследовании физик Джун Йе из JILA в Боулдере, штат Колорадо, и его коллеги использовали часы, состоящие примерно из 100 000 ультрахолодных атомов стронция. Эти атомы были расположены в решетке, что означало, что атомы располагались на разной высоте, как если бы они стояли на ступенях лестницы. Картирование того, как частота изменилась на этих высотах, выявило сдвиг. После поправки на негравитационные эффекты, которые могут сместить частоту, частота часов изменилась примерно на одну сотую квадриллионной доли процента на миллиметр, как раз на величину, ожидаемую в соответствии с общей теорией относительности.

Атомные часы (показанные на составном изображении) отслеживают время, измеряя частоту света, которая инициирует скачок между уровнями энергии в атомах. Эти атомные часы, расположенные в JILA, похожи на те, которые использовались в новом исследовании Jun Ye и его коллег, и используют лазерный свет для удержания атомов стронция в решетке. Ye group и Baxley / JILA

Более того, после сбора данных для Около 90 часов, сравнивая тиканье верхней и нижней части часов, ученые определили, что их метод может измерять относительную скорость тикания с точностью до 0.76 миллионных триллионных процента. Это делает его рекордом для самого точного сравнения частот из когда-либо проводившихся.

В похожем исследовании, также представленном 24 сентября на arXiv.org, другая группа исследователей загрузила атомы стронция в определенные части решетки, чтобы создать шесть часов в одном. «То, что они сделали, тоже очень увлекательно, — говорит Сафронова.

Шимон Колковиц из Университета Висконсин-Мэдисон и его коллеги измерили относительную скорость тикания двух часов, разделенных примерно шестью миллиметрами, с точностью до 8.9 миллионных триллионных процента, что само по себе было бы новым рекордом, если бы его не побила группа Е. Обладая такой чувствительностью, ученые могли обнаружить разницу между двумя часами, идущими с такой незначительной разницей, что они разошлись бы всего на одну секунду примерно через 300 миллиардов лет. Часы Е могут обнаружить еще меньшее расхождение между двумя половинами часов в одну секунду, накопленными примерно за 4 триллиона лет. Хотя группа Колковица еще не измерила гравитационное красное смещение, эту установку можно было бы использовать для этого в будущем.

Облако атомов стронция (светящаяся синяя точка в центре) удерживается внутри вакуумной камеры, в которой находятся атомные часы Шимона Колковица и его коллег. В эксперименте атомы были перемещены в разные части решетки, чтобы создать несколько атомных часов в одном. Kolkowitz

Авторы обоих исследований отказались от комментариев, поскольку документы еще не прошли рецензирование.

Точность измерений намекает на будущие возможности, говорит физик-теоретик Виктор Фламбаум из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее.Например, «атомные часы теперь настолько точны, что их можно использовать для поиска темной материи», — говорит он. Эта незаметная, неопознанная субстанция незримо таится в космосе; определенные гипотетические типы темной материи могут изменять ход часов. Ученые также могли сравнивать атомные часы, сделанные из разных изотопов — атомов с различным числом нейтронов в ядрах, — что может указывать на неоткрытые новые частицы. А атомные часы могут изучать, могут ли изменяться фундаментальные константы природы ( SN: 11/2/16 ).

Возможность точно сравнивать разные часы также важна для основной цели хронометража: обновления определения секунды ( SN: 3/24/21 ). Длина секунды в настоящее время определяется с использованием атомных часов более раннего поколения, которые не так точны, как более новые, подобные тем, которые используются в двух новых исследованиях ( SN: 20.05.19 ).

«У часов очень светлое будущее», — говорит Сафронова.

законов природы используются для создания «умных материалов»

Группа физиков обнаружила, как молекулы ДНК самоорганизуются в липкие пятна между частицами в ответ на инструкции по сборке.Его результаты предлагают «доказательство концепции» инновационного способа производства материалов с четко определенной связью между частицами.

Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences .

«Мы показываем, что можно запрограммировать частицы для создания индивидуальных структур с индивидуальными свойствами», — объясняет Ясна Бруич, профессор факультета физики Нью-Йоркского университета и один из исследователей. «В то время как краны, дрели и молотки должны управляться людьми при строительстве зданий, эта работа показывает, как можно использовать физику для создания интеллектуальных материалов, которые« умеют »собирать сами себя.”

Ученые давно искали способы самосборки молекул и достигли прорывов во многих областях. Однако менее развиты меры, в которых эти крошечные частицы самоорганизуются с заранее запрограммированным числом связей.


На видео показано, что синяя частица первоначально связывается с тремя красными частицами, удовлетворяя своей валентности при комнатной температуре. При нагревании эти связи разрываются, но при охлаждении частица снова находит трех красных партнеров, показывая, что частица «выбирает» количество образующихся связей.Их результат подразумевает, что связи ДНК между частицами обратимы и перестраиваются на поверхности частицы, чтобы оптимизировать валентность. Предоставлено Ангусом Макмалленом / Физический факультет Нью-Йоркского университета

Для решения этой проблемы Бружик и ее коллеги, Ангус МакМаллен, научный сотрудник факультета физики Нью-Йоркского университета, и Саша Хильгенфельдт, профессор механики и инженерии в Университете Иллинойса, Урбана-Шампейн, провели серию экспериментов, чтобы захватить — и манипулировать — поведением молекул ДНК на поверхности частиц.

Работая на микронном уровне, с частицами размером в 25 раз меньше пылинки, они погружали крошечные капельки в жидкий раствор. К этим каплям были прикреплены «линкеры ДНК» — молекулярные инструменты, обладающие «липкими концами», которые позволяют смешивать и сопоставлять их с образованием массива структур, желаемых исследователями.

«Прелесть этой процедуры в том, что мы можем запрограммировать свойства определенного материала, чтобы он мог быть эластичным или хрупким, или даже обладать способностью к самовосстановлению после разрыва, поскольку связи могут быть образованы и разорваны обратимо», — отмечает Брухик. .«Создатели могут решить добавить пять частиц, которые прилипают только к одной другой, 10, которые прилипают к двум, и 20, которые прилипают к трем, или любую другую комбинацию. Это позволит вам создавать материалы с определенной топологией или архитектурой ».

Ссылка: «Самоорганизация ДНК контролирует валентность в программируемом коллоидном дизайне» 2 ноября 2021 г., Proceedings of the National Academy of Sciences .
DOI: 10.1073 / pnas.2112604118

Работа поддержана программой Центра материаловедения и инженерии (MRSEC) Национального научного фонда (NSF DMR-1420073, NSF PHY17-48958 и NSF DMR-1710163).

Home — Physics World

Home — Physics World (Мир физики) Перейти к основному содержанию Переключить меню МЕНЮ