Новости физики в Интернете


Метод спинового эха для исследования нейтронов

P. Schmidt-Wellenburg (Институт Пауля Шеррера, Швейцария) и его коллеги разработали новую методику спектроскопии нейтронов на основе измерений спинового эха в магнитном и гравитационном полях. Методика напоминает магнитно-резонансную томографию, применяемую обычно к атомным ядрам. Холодные нейтроны были помещены в камеру и отражались от её стенок, имея некоторое распределение по кинетической энергии и, соответственно, по максимальной высоте траекторий относительно дна камеры. Магнитное поле в камере имело вертикальный градиент, поэтому нейтроны с различными энергиями в среднем находились в поле разной величины и испытывали прецессию спинов с разными скоростями, что вело к дефазировке. Эксперимент начинался с электромагнитного импульса, который делал спины сонаправленными, и спустя несколько десятков секунд после воздействия ещё двух вспомогательных импульсов измерялась поляризация. Данная методика позволила с рекордной точностью реконструировать энергетический спектр нейтронов и определить градиент магнитного поля с погрешность всего 1.1 пТ/см, которая в восемь раз меньше, чем в предшествующих экспериментах. Новую методику планируется применить, в частности, для измерения электрического дипольного момента нейтронов, который, как предсказывается, связан с нарушением CP-инвариантности, но на достигнутом уровне точности пока не выявлен. Источник: Phys. Rev. Lett. 115 162502 (2015)

Термодинамическая стрела времени в квантовых системах

T.B. Batalhao (Федеральный университет ABC, Бразилия) и др. измерили в своём эксперименте генерацию энтропии в микроскопической квантовой системе. Исследуемые ядра атомов 13C в составе молекул хлороформа CHCl3 находилась в осциллирующем магнитном поле. При малой частоте осцилляций спины ядер успевали менять направление, но при увеличении частоты происходили «сбои» и спины переворачивались хаотически, что вносило беспорядок и, соответственно, увеличивало энтропию. Для измерения использовался эффект взаимодействия ядер 13C с ядрами H в тех же молекулах, представлявших квантовые кубиты, по отношению к которым применялся метод квантовой томографии. Хотя эксперимент выполнялся с макроскопическим образцом жидкого хлороформа, ансамбль ядер углерода мог рассматриваться как различные реализации состояний единичных ядер. Магнитные импульсы имели несимметричный временной профиль, и хлороформ подвергался воздействию сначала прямых, а затем обращенных по времени импульсов. Результаты эксперимента подтвердили соотношение Kullback – Leibler, описывающее разность изменения энтропии системы при прямом и обратном изменениях её свойств. Ранее соотношение Kullback – Leibler проверялось лишь для классических систем, а в описываемой работе впервые исследован квантовый режим. Результаты эксперимента могут помочь пролить свет на необратимость по времени с точки зрения квантовых явлений. Источник: Phys. Rev. Lett. 115 190601 (2015)

Фазовый переход с изменением симметрии и топологии

Большинство фазовых переходов объясняются изменением симметрии в рамках теории Ландау. Однако существуют топологические фазовые переходы, которые не могут быть описаны параметром порядка, а характеризуются топологическими инвариантами. E.H. Rezayi и F.D.M. Haldane в 2000 г. предсказали, что в некоторых случаях возможен гибридный переход, когда изменение топологии сопровождается нарушением симметрии, но однозначных свидетельств таких процессов ранее не наблюдалось. Группой исследователей из США и Нидерландов обнаружен подобный редкий переход в двухмерном электронном газе в сверхчистом кристалле GaAs/AlGaAs. Измерения проводились при температуре около 0,012 K и давлении 104 атм. Исходной целью было наблюдение топологического перехода, связанного с дробным (фактор заполнения ν=5/2) квантовым эффектом Холла по мере увеличения давления. Но оказалось, что топологическому переходу предшествует переход с изменением симметрии в соответствии с теорией Ландау. Возможно, этот эффект объясняется некулоновским взаимодействием электронов и смешиванием уровней Ландау. Топологические фазовые переходы являются перспективной областью исследований и могут найти полезные применения в наноэлектронике. Источник: Nature Physics, онлайн-публикация от 26 октября 2015 г.

Микроскопическая тепловая машина

I.A. Martinez (Научно-технический институт Барселоны, Испания) и др. реализовали цикл Карно с единичной оптически захваченной броуновской микрочастицей в качестве рабочего тела тепловой машины. Полистереновая микросфера диаметром 1 мкм, помещенная в воду, удерживалась излучением лазера и наблюдалась в микроскоп. Как и большие тепловые машины, микроскопическая машина работала за счёт разности температур. Флуктуирующее со спектром белого шума электрическое поле вызывало дрожание и броуновское движение частицы и тем самым имитировало температуру от комнатной до тысяч кельвин, а смещение частицы от центра ловушки соответствовало изменению объема рабочего тела. Путём изменения двух параметров (интенсивности флуктуаций электрического поля и жесткости ловушки) удалось пройти цикл Карно, на котором имелись два изотермических участка, соединенных двумя адиабатическими. КПД машины составил η=0,25 ± 0,05. Эксперимент иллюстрирует термодинамику на малых масштабах и характеризует источники необратимости. Его результаты могут оказаться полезными при конструировании наномоторов. Источник: Nature Physics, онлайн-публикация от 26 октября 2015 г.

Скрытые барионы вокруг центральных галактик

Анализ данных космического телескопа Планк, выполненный C. Hernandez-Monteagudo (Центр исследований физики космоса Арагона (CEFCA), Испания) и др., представил свидетельства того, что значительная часть барионов во Вселенной, возможно, заключена не внутри галактик, а в газовых облаках вокруг центральных галактик в галактических группах и скоплениях, которые наблюдались в обзоре Sloan Digital Sky Survey. Исследовался кинематический эффект Сюняева – Зельдовича, состоящий в доплеровском сдвиге частоты реликтового излучения при его рассеянии на движущихся облаках газа. Это приводит к дополнительным температурным флуктуациям в реликтовом излучении, которые наблюдал Планк. На основе данного эффекта выявлены особенности в движении газа вокруг центральных галактик, и сделан вывод, что вокруг них находится примерно половина всех барионов. Барионы из галактик могли быть выброшены под влиянием различных процессов, таких, как излучение активных ядер галактик. Источник: Phys. Rev. Lett. 115 191301 (2015)


Новости не опубликованные в журнале


Плутоний-244 в солнечной системе

В настоящее время в ближнем космосе наблюдается значительно меньше ядер 244Pu, чем было в солнечной системе на стадии ее формирования (это установлено по сохранившимся продуктам распада ядер). В связи с этим возникает вопрос об источнике 244Pu, который в ту эпоху был намного эффективнее, чем сейчас. Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме K. Hotokezaka, T. Piran и M. Paul предположили, что во время формирования солнечной системы недалеко от нее произошло слияние пары нейтронных звезд в двойной системе, при котором в межзвездное пространство было выброшено большое количество 244Pu. Благодаря близкому расстоянию, 244Pu успел попасть в солнечную систему до радиоактивного распада ядер 244Pu. Источники: Nature Physics, онлайн-публикация от 1 декабря 2015 г., The Hebrew University of Jerusalem

Сила Ван-дер-Ваальса у поверхности графена с допированием

F. Huttmann (Кельнский университет, Германия) и др. показали в своем эксперименте, что сила Ван-дер-Ваальса, действующая на молекулу нафталина вблизи поверхности графена, зависит от типа допирования графена: сила притяжения увеличивается при допировании n-типа (атомами-донорами) и уменьшается при допировании p-типа (аксепторами). Графен находился на металлической подложке, а допирующие атомы помещались между графеном и подложкой, в то время как молекула нафталина находилась с противоположной стороны слоя графена. Обнаруженный эффект может быть объяснен влиянием допирующих атомов на пространственную структуру электронных орбиталей атомов углерода в графене. Источник: Phys. Rev. Lett. 115 236101 (2015)

Новый изотоп урана

В эксперименте TASCA, выполняемом в Центре по изучению тяжёлых ионов имени Гельмгольца (г. Дармштадт, Германия), впервые синтезирован в реакции 50Ti+176Yb и идентифицирован на основе характерной цепочки его распада изотоп урана 221U. Исследование этого изотопа важно для понимания процессов заполнения ядерных оболочек с числом нейтронов вблизи N=126 (дважды магические ядра). Источник: Phys. Rev. Lett. 115 242502 (2015)

Поиск заряженного бозона Хиггса

В эксперименте ATLAS, выполняемом на Большом адронном коллайдере, произведен поиск гипотетических заряженных хиггсовых бозонов в канале их возможного распада на пару кварков H± → tb. В диапазоне масс 200-600 ГэВ обнаружено некоторое превышение сигнала над уровнем фона, которое, однако, имеет малую статистическую значимость — около 2.4σ. Источник: arXiv:1512.03704 [hep-ex]

Темп ядерной реакции 22Ne(p,γ)23Na

В низкофоновом эксперименте LUNA, проводимом в Национальной лаборатории Гран Сассо (Италия), обнаружены три неизвестные ранее резонанса в ядерных реакциях 22Ne(p,γ)23Na. С учетом этих резонансов, темп реакций 22Ne(p,γ)23Na должен быть в несколько раз выше, чем давали предшествующие расчеты. Это, в свою очередь, увеличивает выход натрия в реакциях 22Ne(p,γ)23Na, которые идут на определенной стадии эволюции звезд-гигантов. Источник: Phys. Rev. Lett. 115 252501 (2015)

Спиновые волны в антиферромагнитном изоляторе

S. Seki (Институт физико-химических исследований, Япония) и др. впервые обнаружили, что в антиферромагнитном изоляторе Cr2O3 можно создать спиновые волны путем локального нагрева (за счет эффекта Зеебека). Ранее спиновые волны наблюдались только в ферро- и ферримагнитных изоляторах. Источник: Phys. Rev. Lett. 115 266601 (2015)

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.

Физические ресурсы Рунета

© Успехи физических наук, 1918–2017
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение