Новости физики в Интернете


Конденсат Бозе – Эйнштейна в космосе

D.C. Aveline (Лаборатория реактивного движения – JPL, США) и соавторы впервые получили бозе-эйнштейновский конденсат в условиях микрогравитации на борту Международной космической станции [1]. Конденсатом Бозе – Эйнштейна называют атомы-бозоны, накапливающиеся в состоянии с нулевой энергией при низких температурах. В экспериментах, выполняемых на Земле, сила тяготения затрудняет исследование конденсата. Для её компенсации опыты проводились в падающих установках, а также на самолетах и суборбитальных ракетах. Но оптимальные условия имеются на орбите Земли. В компактной установке, доставленной на МКС в 2018 г., атомы 87Rb испытывают испарительное охлаждение в атомной ловушке и переводятся в требуемое начальное состояние. После охлаждения потенциал ловушки выключался и регистрировалось поглощение света на разлетающемся облачке атомов. Эти наблюдения показали, что в состояние конденсата переходило в три раза больше атомов, чем в этой же установке на Земле, а время свободного разлета облачка достигало рекордной величины ≈ 1 с. Если на Земле основной помехой было гравитационное поле, то в космосе остаточные силовые воздействия на конденсат обусловлены квадратичным эффектом Зеемана. С помощью бозе-эйнштейновского конденсата на орбите планируются исследования фундаментальных эффектов квантовой механики и Общей теории относительности. О конденсатах Бозе – Эйнштейна см. [2-5], а об экспериментах в условиях микрогравитации см. [6]. [1] Aveline D C et al. Nature 582 193 (2020) [2] Кадомцев Б Б, Кадомцев М Б УФН 167 649 (1997) [3] Питаевский Л П УФН 176 345 (2006) [4] Каган М Ю, Турлапов А В УФН 189 225 (2019) [5] Исаев Т А УФН 190 313 (2020) [6] Фортов В Е и др. УФН 174 495 (2004)

Молекулярный мотор

O. Groning (Швейцарские Федеральные лаборатории материаловедения и технологий и Федеральная политехническая школа Лозанны, Швейцария) и его коллеги продемонстрировали в своём эксперименте [7] непрерывное вращение молекулы под действием квантового туннельного эффекта. В созданном ими «молекулярном моторе» вращающимся ротором служила единичная молекула ацетилена C2H2, а неподвижным стартером – кластер из трёх атомов Pd на поверхности кристалла PdGa с нарушенной вращательной симметрией. Мотор имел размер менее 1 нм, и его составляли всего 16 атомов. Через иглу сканирующего туннельного микроскопа происходило туннелирование электронов в молекулу, которое вызывало её вращение в одном направлении с постоянной скоростью. Движение в противоположном направлении блокировалось атомами кристалла, аналогично действию храпового механизма в часах. При этом однонаправленность вращения превышала 97 %, что является рекордной величиной для созданных до сих пор молекулярных моторов. Вращение наблюдалось даже при температурах ниже 17 К, когда невозможно классическое вращение, что говорило о квантовом характере эффекта. В будущем в подобном эксперименте можно будет исследовать тонкие эффекты диссипации энергии в процессах с квантовым туннелированием. О молекулярных моторах и управлении движением наночастиц см. [8-10]. [7] Stolza S et al. PNAS, онлайн-публикация от 15 июня 2020 г. [8] Романовский Ю М, Тихонов А Н УФН 180 931 (2010) [9] Розенбаум В М, Шапочкина И В, Трахтенберг Л И УФН 189 529 (2019) [10] Гуляев Ю В, Бугаев А С, Розенбаум В М, Трахтенберг Л И УФН 190 337 (2020)

Кристалл Паули

M. Holten (Гейдельбергский университет, Германия) и его коллеги впервые наблюдали [11] кристалл Паули, в котором упорядоченное расположение атомов достигалось за счёт их фермионной природы без участия реальных сил взаимодействия. Утрахолодный газ атомов 6Li был помещён в квазидвумерную оптическую ловушку с гармоническим потенциалом вдоль радиуса. В поперечном направлении атомы могли свободно перемещаться, взаимодействуя друг с другом как фермионы. Другие остаточные взаимодействия были скомпенсированы с помощью резонанса Фешбаха. Наблюдение атомов выполнялось по их флуоресцентному излучению на стадии свободного разлёта после выключение потенциала ловушки. Такие измерения были выполнены тысячи раз, и в распределении атомов по импульсам были обнаружены упорядоченные структуры. Они соответствовали кристаллам Паули, состоящим из нескольких атомов на трех уровнях гармонического осциллятора. Также наблюдалось «плавление» кристалла Паули за счёт передачи ему дополнительной энергии при возмущениях потенциала ловушки. [11] Holten M et al., arXiv:2005.03929 [cond-mat.quant-gas]

Стирание квантовой информации

В 1982 г. M.O. Scully и K. Druhl предложили идею «квантового ластика». Она заключается в том, что если в эксперименте по квантовой интерференции не использовать («стереть») полученную информацию о траектории частицы, то можно восстановить потерянную интерференционную картину. Эта схема уже была реализована в опытах с оптическими и микроволновыми фотонами. A. Bienfait (Чикагский университет, США) и соавторы впервые выполнили [12] эксперимент «квантового ластика» с поверхностными акустическими фононами (квантами колебательного движения). Применялся интерферометр Фабри-Перо, состоящий из фононного канала на поверхности пьезоэлектрика с двумя сверхпроводящими кубитами на концах. Электромагнитные сигналы могли трансформироваться в фононы и обратно и регистрироваться кубитами. Для определения пути распространения фононов использовался второй фонон квантово запутанной пары. В случае определения пути интерференция отсутствовала, но поглощение второго фонона приводило к стиранию квантовой информации и восстановлению интерференционной картины. Малая скорость фононов позволила выполнить данные измерения по схеме эксперимента с отложенным выбором Уилера, когда решение о процессе стирания принимается уже после интерференции. О принципиальных положениях квантовой механики см. [13, 14]. [12] Bienfait A et al. Phys. Rev. X 10 021055 (2020) [13] Кадомцев Б Б УФН 164 449 (1994) [14] Желтиков А М, Скалли М О УФН 190 749 (2020)

Регистрация «потерянных барионов» с помощью быстрых радиовсплесков

Свойства реликтового излучения и теория первичного нуклеосинтеза говорят о том, что большая часть обычной барионной материи во Вселенной не излучает свет и поэтому невидима. J.-P. Macquart (Международный центр радиоастрономических исследований, Австралия) и соавторы реализовали [15] новый метод регистрации этих так называемых «потерянных барионов» путём наблюдения быстрых радиовсплесков, имеющих хорошую локализацию на небе. Локализация позволяет идентифицировать родительские галактики всплесков и тем самым определить их красное смещение. Поскольку мера дисперсии быстрых радиовсплесков зависит от количества электронов вдоль луча зрения, то по величине меры дисперсии и красному смещению источника можно найти полное количество ионизированного газа. Используя данные по нескольким быстрым радиовсплескам, авторы определили космологический параметр плотности барионов Ωb ≈ 0,051+0,021-0,025. Таким образом, новый независимый метод подтвердил, что большая часть «потерянных барионов» действительно содержится в ионизированных облаках водорода в межгалактическом пространстве. О быстрых радиовсплесках см. [16], а о наблюдении газа во Вселенной см. [17]. [15] Macquart J-P et al. Nature 581 391 (2020) [16] Попов С Б, Постнов К А, Пширков М С УФН 188 1063 (2018) [17] Щекинов Ю А и др. УФН 187 1033 (2017)

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, 1918–2020
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение