Новости физики в Интернете

Частица D^*_sJ(2860)^-

Коллаборацией LHCb на Большом адронном коллайдере идентифицированы состояния частицы D^*_sJ(2860)^- со спинами 1 и 3. Эти состояния были выявлены на уровне достоверности 10 σ как промежуточные резонансы в реакции B⁰_s → анти-D⁰K^-π⁺. Хотя наличие резонанса D^*_sJ(2860)^- при энергии ≈ 2,85 ГэВ отмечалось и ранее, в эксперименте LHCb впервые выяснена его структура. Частица D^*_sJ(2860)^- состоит из кварков анти-c и s, которые в зависимости от спина и орбитального углового момента могут представлять семейство различных резонансных состояний, и такое состояние со спином 3 наблюдается впервые. Также впервые наблюдается рождение частицы со спином 3 в распадах B-мезонов. Источник: LHCb experiment

Квантовые парадоксы

“Квантовый Чеширский кот”. T. Denkmayr (Венский технический университет, Австрия) и др. впервые продемонстрировали в эксперименте квантовомеханический эффект, называемый “квантовым Чеширским котом”, когда объект и его квантовое свойство пространственно разделены. Эксперимент с нейтронным интерферометром выполнен в Институте Лауэ-Ланжевена (г. Гренобль, Франция). Пучок нейтронов, проходя через кристалл кремния, расщеплялся на два пучка, в которых спины нейтронов испытывали определенные повороты, а на выходе из интерферометра производился отбор нейтронов с некоторыми спиновыми состояниями. Тем самым выполнялась преселекция и постселекция спиновых состояний и создавался “квантовый Чеширский кот”, что было показано с помощью слабых квантовых измерений. Поглотитель нейтронов оказывал воздействие на их поток только в том случае, когда он помещался в первом плече интерферометра, а слабое магнитное поле смещало интерференционную картину только при воздействии на второе плечо. Это доказывало, что нейтроны проходили по одному плечу интерферометра, в то время как их спиновые состояния (магнитные моменты) — по другому плечу. Данный эффект может найти применения в сверхточных измерениях. Источник: Nature Communications 5 4492 (2014)

“Парадокс голубиных гнёзд”. Квантовомеханический “парадокс голубиных гнёзд” берёт свое название от классического утверждения, что если трёх голубей разместить в двух гнёздах, то в одном из гнёзд обязательно окажутся как минимум два голубя. Y. Aharonov (Тель-Авивский университет, Израиль; Университет Чепмена, США) и др. в своей теоретической работе показали, что в квантовой механике такое утверждение может быть неверным. А именно, три частицы могут размещаться в двух квантовых ящиках таким образом, что ни в одном из ящиков не будет одновременно двух частиц. В качестве примера авторы указали конкретные линейные комбинации волновых функций, соответствующих начальному и конечному состоянию, при которых ни в какой промежуточный момент эволюции квантовой системы не возникнет состояния двух или трёх частиц в одном ящике, т.к. соответствующая амплитуда вероятности равна нулю. Авторы работы предложили идею эксперимента, в котором можно наблюдать размещение трёх электронов в двух плечах интерферометра. Пролетая по одному пути, электроны отталкиваются своими зарядами, поэтому их измеренное положение будет иным, чем в случае, когда ни по какому пути два электрона не проходят одновременно. Источник: arXiv:1407.3194 [quant-ph]

Солитонные вихри в ультрахолодном газе

В двух экспериментах впервые подтверждено существование в вырожденном ультрахолодном газе долгоживущих солитонных вихрей — фазовых дефектов параметра порядка. В эксперименте, выполненном в Массачусетском технологическом институте, методом 3D-томографии изучалось удлиненное облачко сверхтекучего ферми-газа атомов ⁶Li в оптической дипольной ловушке. Солитонные вихри создавались путем сдвига фазы параметра порядка посредством лазерного излучения, и наблюдалась их прецессия вблизи точки фазового перехода. В эксперименте, который выполнили исследователи из Университета Тренто (Италия) и Института физических проблем им. П.Л. Капицы (Россия), вытянутое облачко бозе-эйнштейновского конденсата атомов натрия наблюдалось по абсорбционной методике на стадии его свободного разлёта. Закрученные области пониженной плотности вокруг вихревых нитей свидетельствовали о наличии солитонных вихрей. В прежних экспериментах тех же исследовательских групп также рождались солитонные вихри, но наблюдавшиеся тогда структуры интерпретировались иначе — как солитоны другого типа. Выяснив с помощью новых экспериментов, что правильным объяснением являются солитонные вихри, исследователи получили согласие экспериментальных данных и теоретических расчётов времени жизни и других характеристик солитонов. Источники: Phys. Rev. Lett. 113 065301 (2014), Phys. Rev. Lett. 113 065302 (2014)

Несимметричность по времени в турбулентном потоке

Процесс турбулентности несимметричен (необратим) во времени, т.к. энергия перекачивается от турбулентных пульсаций большего масштаба к пульсациям меньшего масштаба. В Институте динамики и самоорганизации Общества им. М. Планка (Германия) выполнен эксперимент, в котором прослежена кинематика этой асимметрии для отдельных элементов жидкости. Посредством вращающихся лопастей в сосуде создавалось турбулентное движение, и с помощью высокоскоростных видеокамер отслеживалось положение в воде полистироловых микросфер, служивших маркерами течения. Было подтверждено теоретическое предсказание, по которому разность средних квадратов расстояний между частицами турбулентного потока назад и вперёд по времени на малых интервалах времени положительна (т.е., при обращении времени эта разность нарастает быстрее) и увеличивается как ⟨ R²(-t)⟩-⟨ R²(t)⟩ ∼ t³. Ещё более чёткие данные об асимметрии получены для совокупностей из четырёх частиц, в начальный момент образующих правильный тетраэдр. Разность промежуточных собственных значений тензора деформации тетраэдра нарастает линейно по времени ⟨g₂(t)-g₂(-t)⟩ ∼ t. Третья и первая степени t в указанных зависимостях отражают факт асимметрии турбулентного потока относительно обращения времени t → -t. Источник: Phys. Rev. Lett. 113 054501 (2014)

Чёрная дыра промежуточной массы в галактике M82

D.R. Pasham, T.E. Strohmayer и R.F. Mushotzky (Мэрилендский университет и Центр космических полётов им. Годдарда НАСА, США) путём анализа данных рентгеновского телескопа Rossi показали, что ультраяркий рентгеновский источник X-1 в галактике M82 является, скорее всего, чёрной дырой (ЧД) с массой порядка 400M_☉. С достоверностью 4,7 σ обнаружены две моды квазипериодических пульсаций с частотами 5,1 Гц и 3,3 Гц, стабильные на протяжении всего времени наблюдений. Аналогичные двойные моды с отношение частот 3:2 уже известны для ЧД звёздных масс (3-50M_☉). Хотя природа двойных пульсаций точно не выяснена, имеется корреляция их частот с массами ЧД. Если эта корреляция справедлива и для X-1, то масса ЧД получается равной (428 ± 105)M_☉. Ранее уже предполагалось, что X-1 содержит ЧД с массой (10²-10⁴)M_☉, однако допускалась и возможность ЧД звёздной массы со сверхэддингтоновской светимостью. После обнаружения двойных пульсаций этот вариант стал маловероятным. Полученный результат является одним из самых сильных свидетельств существования ЧД промежуточных масс: между ЧД звёздных масс и сверхмассивными ЧД в ядрах галактик. Источник: Nature, онлайн-публикация от 17 августа 2014 г.

Квантовая запутанность трех фотонов

D.R. Hamel (Университет Ватерлоо, Канада) впервые получили три фотона в квантово запутанном состоянии по поляризации путем расщепления (вниз-конверсии) единичного начального фотона на два фотона в нелинейном кристалле и последующего расщепления одного из фотонов получившейся пары. Эксперимент прошел успешно во многом благодаря использованию нового эффективного детектора единичных фотонов — сверхпроводящего детектора на основе нанопроволок. Ранее запутанное состояние трех фотонов было создано только по их энергии и по времени. Запутанность по поляризации значительно удобнее для практического использования, поэтому новая методика может найти применения в будущих квантовых компьютерах. Источники: www.sciencedaily.com, arXiv:1404.7131 [quant-ph]

Проверка эффекта релятивистского замедления времени

В эксперименте с ионами в накопительном кольце ESR (Дармштадт, Германия) эффект релятивистского замедления времени проверен с точность, в четыре раза лучшей, чем ранее. Ионы ⁷Li⁺, движущиеся со скоростью v=0,338c, освещались двумя лучами лазера, направлеными по и против скорости движения. Благодаря наличию определенного набора уровней гипертонкого расщепления, при достижении резонансов с частотой лазеров (смещенной в системе покоя иона за счет эффекта Доплера) в ионах происходили квантовые переходы и излучались фотоны флуоресцентного излучения. По характеристикам двойного резонанса эффект замедления времени был подтвержден с лучшей на сегодняшней день точностью. Источник: Phys. Rev. Lett. 113 120405 (2014)