Новости физики в Интернете


Тетранейтрон

T. Faestermanna (Мюнхенский технический университет, Германия) и соавторы выполнили эксперимент [1], в котором, возможно, впервые наблюдалось связанное состояние четырёх нейтронов — тетранейтрон 4n. Его поиски (вместе с 2n и 3n) велись с 1960-х г., и были получены некоторые указания на появление событий-кандидатов 4n, однако эти результаты оставались неоднозначными. В новом эксперименте пучок ионов 7Li-, получаемый на ускорителе в Гархинге (Германия), направлялся на мишень из оксида 7Li2O, напылённого на литиевую фольгу, и исследовались реакции 7Li(7Li,10C)4n. С помощью проволочного пропорционального счётчика и массива кремниевых детекторов изучался энергетический спектр вылетающих под углами 6-9,5° ядер 10C. Со статистической значимостью 3σ был обнаружен пик, который можно интерпретировать как ядро 10C в первом возбуждённом состоянии и 4n с энергией связи 0,42(16) МэВ и временем полураспада 450 с. Пока нельзя исключать и альтернативное объяснение, в котором четыре вылетающих нейтрона не связаны, однако авторы работы оценивают эту возможность как менее вероятную, поскольку наблюдаемый пик в спектре значительно уже, чем он должен быть в этом случае. Ранее реакция 7Li(7Li,10C)4n изучалась также в Курчатовском институте [2], но при больших энергиях, что не позволило выявить наличие связанного состояния 4n. [1] Faestermanna T et al. Phys. Lett. B 824 136799 (2022) [2] Александров Д В и др. Письма в ЖЭТФ 81 49 (2005)

Квантовая спиновая жидкость в искусственном кристалле

Состояние квантовой спиновой жидкости (КСЖ), предсказанное теоретически Ф. Андерсоном в 1973 г., ранее уже наблюдалась в обычных веществах. G. Semeghini (Гарвардский университет, США) и соавторы создали искусственный двумерный кристалл из 219 атомов 87Rb, удерживаемых в оптической решётке, и продемонстрировали наличие в нём КСЖ [3]. Решётка состояла из комбинации треугольников и шестиугольников, а взаимодействием атомов можно было управлять с помощью эффекта ридберговской блокады. Тем самым, эта система представляла собой программируемый квантовый симулятор, различные варианты которых уже применялись для исследования квантовых эффектов. Методом флуоресцентной визуализации наблюдались цепочки, вдоль которых между соседними атомами происходили взаимодействия -- возникали димерные связи. Состояние КСЖ появлялось, когда димеров становилось в четыре раза больше, чем мономеров. Этот эффект был предсказан в работе R. Verresen, M.D. Lukin и A. Vishwanath в 2020 г [4]. КСЖ может оказаться полезной для создания топологических кубитов. [3] Semeghini G et al. Science 374 1242 (2021) [4] Verresen R, Lukin M D, Vishwanath A Phys. Rev. X 11 031005 (2021)

Исследование FeSe/SrTiO3

Монослой FeSe толщиной в три атома на подложке SrTiO3 обладает рядом интересных свойств: температура его сверхпроводящего перехода в пять раз выше, чем для объемных образцов, и он имеет рекордную среди сверхпроводников на основе железа ширину сверхпроводящей щели. Не объяснённой до конца особенностью спектра FeSe/SrTiO3 являются также повторные пики (replica bands) в спектре фотоэмиссии, которые могут быть связаны со сверхпроводимостью. Были предложены две модели повторных пиков: рассеяние вперёд 3d электронов железа на фононах в SrTiO3 и потеря энергии фотоэлектронами при их взаимодействии с поверхностными фононами. C. Liu и соавторы выполнили новые исследования SrTiO3 методом фотоэлектронной эмиссии с угловым разрешение и поляризованным пучком фотонов от синхротронного источника [5]. Выбор направления поляризации позволяет выделить и исследовать определённые участки электронных зон вещества и уменьшить влияние фона от других участков. Наблюдались повторные пики высших порядков и измерена их относительная амплитуда. Амплитуда имеет большую величину, чем считалось ранее, и зависит от орбитальных направлений. Две указанные модели по отдельности не могут полностью объяснить эти данные. Возможно, что повторные пики возникают в результате комбинации двух или большего числа механизмов. О сверхпроводниках на основе железа см. [6]. [5] Liu C et al. Nature Comm. 12 4573 (2021) [6] Садовский М В УФН 186 1035 (2016); Sadovskii M V Phys. Usp. 59 947 (2016)

Движение экситонов в тонких слоях полупроводника

Слои полупроводников толщиной в несколько атомов важны для применений в наноэлектронике [7]. Их оптоэлектронные свойства в значительной мере определяются поведением экситонов — связанных систем электронов и дырок. Но экситоны электрически нейтральны, поэтому ими сложно управлять с помощью электрического поля. Недавно начал развиваться метод управления движением экситонов путем создания в веществе механически деформированных областей. Обычно изменение энергии экситонов при деформации приводит к тому, что они перемещаются из областей с низкой механической напряжённостью в области с большой напряжённостью. R. Rosati (Марбургский университет, Германия) и соавторы исследовали экситоны в монослоях WS2 и WSe2 путём наблюдения фотолюминесценции с пространственным и временным разрешением [8]. Неожиданно оказалось, что наблюдаемые в WS2 и WSe2 экситоны движутся в противоположном направлении, по сравнению с ожидаемым, причём их скорость достигала рекордной величины 1 мкм за 0,8 нс. Авторы выполнили детальное теоретическое исследование и пришли к выводу, что это связано с наличием в монослоях противоположного потока «тёмных экситонов», которые напрямую не наблюдаются, но влияют на свойства светлых экситонов. Взаимодействие светлых экситонов с тёмными приводит к сдвигу их энергии в механически напряжённом полупроводнике в обратном направлении, что изменяет направление движения. Контрольный эксперимент с MoSe2 подтверждает данное объяснение: в MoSe2 светлые экситоны движутся в «правильную» сторону, т.к. уровни тёмных экситонов в MoSe2 расположены выше уровней светлых и взаимодействие слабое. [7] Ратников П В, Силин А П УФН 188 1249 (2018); Phys. Usp. 61 1139 (2018) [8] Rosati R et al. Nature Comm. 12 7221 (2021)

Негауссова оптомеханика

Прогресс в экспериментальной технике позволил в последние годы исследовать квантовые свойства оптомеханических систем на уровне отдельных фотонов и фононов. В новом эксперименте с оптомеханическим микрорезонатором G. Enzian (Имперский колледж Лондона, Оксфордский университет и Копенгагенский университет) и соавторы наблюдали негауссовы неклассические распределения в фазовом пространстве резонатора, возникающие при изменении чисел заполнения на один или несколько фононов [9]. Резонатор представлял собой кристалл BaF2, у которого резонансная механическая частота равнялась разности двух соседних оптических частот. С помощью лазера накачки резонатор возбуждался на нижней оптической частоте при комнатной температуре, и затем в антистоксовом процессе возбуждение передавалось на более высокие частоты и в звуковые волны. С помощью гетеродинного детектирования были охарактеризованы конечные квантовые состояния системы. Было обнаружено, что в при изменении чисел заполнения фононов тепловое распределение становится негауссовым. Процессы негауссовости в оптомеханике важны для функционирования сверхчувствительных сенсоров. О квантовой оптомеханике см. [10]. [9] Enzian G et al. Phys. Rev. Lett. 127 243601 (2021) [10] Сукачёв Д Д УФН 191 1077 (2021); Sukachev D D Phys. Usp. 64 1021 (2021)

Объективные теории коллапса волновой функции

В квантовой механике существует проблема измерения — вопрос о том, как детерменированное уравнение Шредингера согласуется со случайным результатом измерения квантового состояния, см., например, [11]. В борновской и некоторых других интерпретациях квантовой механики квантовая случайность при измерении полагается как один из фундаментальных постулатов. Однако продолжаются попытки построения альтернативных теорий, в которых исход квантового измерения объясняется некоторыми динамическими процессами. Эти теории называются «объективными теориями коллапса» волновой функции (objective collapse theories). Подобные механизмы обычно требуют введения поправок к уравнению Шредингера, что даёт принципиальную возможность проверки этих теорий. Группой исследователей из Амстердамского университета (Нидерланды) и Института теоретической физики твёрдого тела (Дрезден, Германия) исследованы свойства теорий объективного коллапса и сделан вывод, что допускаемая ими эволюция квантовой системы должна быть обязательно нелинейной [12]. L. Mertens и соавторы продемонстрировали этот результат на примере двухуровневой квантовой системы. В частности, они сформулировали минимальную нелинейную теорию, которая воспроизводит правила Борна для амплитуд квантовых вероятностей. О некоторых принципиальных положениях квантовой механики см. [13, 14]. [11] Кадомцев Б Б УФН 164 449 (1994); Kadomtsev B B Phys. Usp. 37 425 (1994); Кадомцев Б Б, Кадомцев М Б УФН 166 651 (1996); Kadomtsev B B, Kadomtsev M B Phys. Usp. 39 609 (1996); Кадомцев Б Б УФН 173 1221 (2003); Kadomtsev B B Phys. Usp. 46 1183 (2003) [12] Mertens L et al. Phys. Rev. A 104 052224 (2021) [13] Барли К и др. УФН 192 100 (2022); Barley K et al. Phys. Usp. 65 (1) (2022) [14] Белинский А В УФН 190 1335 (2020); Belinsky A V Phys. Usp. 63 1256 (2020)

Квантовая стрела времени

Большинство фундаментальных законов физики остаются неизменными при замене направления времени на противоположное. В связи с этим возникает вопрос о том, как природа выбирает конкретное направление физической эволюции. Одним из популярных подходов является термодинамическая стрела времени, в котором направление времени определяется направлением роста энтропии (увеличением беспорядочности). Однако для малых систем, имеющих квантовые свойства, возможна суперпозиция состояний с ростом и уменьшением энтропии, что размывает понятие термодинамической стрелы времени. G. Rubino, G. Manzano и C. Brukner показали [15], что, несмотря на указанную суперпозицию, можно ввести понятие о термодинамической стреле времени на квантовом уровне, если дополнительно измерять диссипативную работу Wdiss=W-ΔF (обычная работа минус разность свободных энергий), связанную с суммарным производством энтропии. В зависимости от соотношения этой величины и температуры T, выбирается то или иное направление, соответствующие классическому понятию о стреле времени. При Wdiss/(kBT)>>1 выбирается одно направление, а при Wdiss/(kBT)<<-1 — другое. Однако, если Wdiss/(kBT)≈1, то два направления интерферируют. В этом случае для флуктуаций W нет классического (не квантового) аналога. [15] Rubino G, Manzano G, Brukner C Communications Physics 4 251 (2021)

Квантовая теорема о несогласии

В 1976 г. Р. Ауманн в рамках классической теории вероятностей доказал теорему (теорема Ауманна о несогласии), утверждающую, что два субъекта при определенных условиях не смогут договориться о том, чтобы не соглашаться друг с другом. P. Contreras-Tejada (Институт математических наук, Испания) и соавторы обобщили эту теорему на случай квантовых событий и доказали ее справедливость в двух видах: в формулировке, напоминающей формулировку классической теоремы, и через задание последовательности оценок субъектами взаимных убеждённостей [16]. Таким образом, теорема Ауманна о несогласии может считаться общим физическим принципом, справедливом и в классическом и квантовом случае. Данный принцип важен, в частности, тем, что он помогает быстро исключать некоторые теории, призванные обобщить квантовую механику. [16] Contreras-Tejada P et al. Nature Comm. 12 7021 (2021)

Галактика без тёмной материи

Ультрадиффузными галактиками называют относительно большие галактики с низкой поверхностной яркостью. Наблюдения показали, что по крайней мере некоторые из них могут иметь малое содержание тёмной материи -- значительно меньше, чем обычные галактики с той же суммарной массой звёзд. P.E. Mancera Pina (Гронингенский университет и Нидерландский институт радиоастрономии) и соавторы с помощью Сверхбольшой антенной решётки радиотелескопов им. К. Янского (VLA) изучили кинематику ещё одной подобной галактики AGC 114905 [17] с в ∼2,5 раза лучшим пространственным разрешением, чем в предшествующих наблюдениях. Установлено, что характер движения газового диска в галактике можно описать гравитационным полем только обычной барионной материей без необходимости в гало тёмной материи. Происхождение галактик с малым количеством или отсутствием тёмной материи пока остается загадкой. Возможно, имело место столкновение галактик и приливное гравитационное обдирание внешних слоев [18]. В выжившей при обдирании центральной части галактики может преобладать барионная материя. Также рассматривался приливный нагрев, ведущий к расширению звёздных орбит. [17] Mancera Pina P E, arXiv:2112.00017 [astro-ph.GA] [18] Ogiya G, arXiv:2111.12104 [astro-ph.GA]

Чёрная дыра в карликовой галактике

M.J. Bustamante-Rosell (Техасский университет в Остине, США) и её коллеги измерили массу чёрной дыры (ЧД) в карликовой сфероидальной галактике Лев~I, находящейся в Местной группе галактик на расстоянии 820 тыс. св. лет от Солнца [19]. Использовались как ранее полученные данные, так и результаты новых наблюдений с помощью спектрографа VIRUS-W на 2,7-метровом телескопе Обсерватория Мак-Доналд. Дисперсия скоростей звёзд в пределах углового расстояния 75'' от центра составляет 11,76 ± 0,66 км с−1. Это свидетельствует о наличии в центре галактики ЧД большой массы (3,3 ± 2) × 106M, а гипотеза об отсутствии ЧД исключена на уровне достоверности 95 %. Масса ЧД примерно на два порядка превышает ту, что ожидается для подобной галактики из экстраполяции эмпирического соотношения для масс ЧД и галактик. Пока неясно, почему в карликовой галактике находится столь массивная ЧД. О сверхмассивных черных дырах см. [20]. [19] Bustamante-Rosell M J et al. Astrophys. J. 921 107 (2021) [20] Черепащук А М УФН 186 778 (2016) ; Cherepashchuk A M Phys. Usp. 59 702 (2016)

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, 1918–2022
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение