Новости физики в Интернете


Прямая регистрация гравитационных волн

С помощью гравитационно-волнового детектора LIGO впервые напрямую зарегистрированы гравитационные волны от слияния двух чёрных дыр. Гравитационные волны были предсказаны А. Эйнштейном в 1916 г., но до настоящего времени их существование обнаруживалось лишь косвенно по эффекту изменения орбиты двойного пульсара PSR B1913+16. Первая прямая регистрация осуществлена 14 сентября 2015 г. двумя независимыми лазерными интерферометрами, находящимися в США на расстоянии 3 тыс. км друг от друга. Сигнал, получивший обозначение GW150914, был зарегистрирован двумя детекторами с задержкой по времени 7 мс, объясняемой распространением гравитационной волны со скоростью света. Если учесть этот сдвиг по времени и различную ориентацию детекторов, то форма сигнала в двух детекторах совпадает с точностью до шумов измерения. Принципиальная схема интерференционного эксперимента для обнаружения гравитационных волн, которая реализована в детекторах LIGO, была предложена М.Е. Герценштейном и В.И. Пустовойтом в 1962 г., а фундаментальный вклад в разработку методик регистрации сверхслабых сигналов внесли В.Б. Брагинский, К. Торн и их коллеги (см., например, обзоры УФН 86 433 (1965), УФН 170 743 (2000), УФН 171 3 (2001)). Детекторы представляют собой модифицированные интерферометры Майкельсона с плечами длиной 4 км, тщательно изолированные от сейсмических и других помех. Гравитационная волна изменяет длину плеч, вызывая тем самым сдвиг фаз распространяющихся по ним лазерных сигналов, что приводит к сдвигу наблюдаемой интерференционной картины. Чувствительность интерферометров LIGO позволяет заметить удлинение их плеч на величину всего 10-17 см. Частота сигнала GW150914 за время его наблюдения (∼0,2 с) нарастала от 35 до 250 Гц и имела пиковую амплитуду h=1,0×10-21. Форма GW150914 в точности соответствует предсказанию общей теории относительности для последней стадии перед слиянием двух чёрных дыр, обращающихся друг вокруг друга по орбите, а также сигнала, производимого затухающими колебаниями образующейся после слияния вращающейся чёрной дырой. Было установлено, что слились чёрные дыры с массами 36M и 29Mна расстоянии 410+160-180 Мпк от Земли. Отношение сигнал-шум в данных наблюдениях достигало величины 24, а статистическая значимость регистрации сигнала составила 5,1σ. Таким образом, продемонстрировано существование двойных систем, состоящих из чёрных дыр с массами вблизи максимальных масс, которые могли бы появиться при взрывах коллапсирующих сверхновых в результате стандартной звёздной эволюции. Не исключено, однако, что чёрные дыры родились в результате коллапсов массивных догалактических звёзд или образовались в результате слияний чёрных дыр меньших масс в плотных звёздных скоплениях. В качестве сопутствующего результата получено ограничение на массу гравитона mg<1,2×10-22 эВ. Это ограничение, однако, меньше, чем ранее было получено из динамики скоплений галактик и слабого линзирования. Локализация GW150914 по данным LIGO имела на небе вид полосы площадью 600 кв. град. Спустя время 0.4 с после GW150914 с помощью Монитора гамма-всплесков (GBM) космической обсерватории им. Э. Ферми из участка этой полосы была зарегистрирована слабая гамма-вспышка. Каких-либо земных или астрофизических источников вспышки обнаружено не было. Пока неясно, как при слиянии двух чёрных дыр мог бы быть сгенерирован гамма-сигнал, если он не являлся случайной проекцией. Наблюдение GW150914 открывает эру гравитационно-волновой астрономии и позволит в будущем проверить модификации общей теории относительности. В коллаборации LIGO принимают участие российские исследователи из МГУ и Института прикладной физики (г. Нижний Новгород). Источники: Phys. Rev. Lett. 116 061102 (2016), arXiv:1602.03920 [astro-ph.HE]

Тетранейтрон

Возможность существования стабильных или короткоживущих связанных состояний четырёх нейтронов -- тетранейтронов 4n давно изучается как теоретически, так и экспериментально, но лишь в одном эксперименте (F.M. Marques и др., 2002 г.) было объявлено о наблюдении связанного состояния 4n в реакции 14Be → 10Be+4n. В последующих исследованиях этот результат, однако, подтвердить не удалось. K. Kisamori (Университет Токио и Институт физико-химических исследований RIKEN, Япония) и др. выполнили новый эксперимент и, возможно, зарегистрировали рождение резонансного состояния 4n в реакции 4He(8He,8Be). Пучок ионов 8He получался при взаимодействии пучка 18O с бериллиевой мишенью, и затем, в свою очередь, сталкивался с мишенью из жидкого гелия. По методу совпадений регистрировались 8He и конечные продукты реакций — две альфа-частицы, на которые распадались 8Be. Системы 4n напрямую не регистрировались, а были выявлены на основе законов сохранения. Обнаруженный максимум в спектре продуктов реакции соответствует, скорее всего, резонансному состоянию 4n, хотя нельзя исключать и стабильное состояние. Было зарегистрировано четыре события рождения 4n, и статистическая значимость результата оценивается на уровне 4,9σ. Результаты эксперимента согласуются с данными F.M. Marques и др., но требуется их проверка в независимых экспериментах. Источник: Phys. Rev. Lett. 116 052501 (2016)

Дальняя передача тепла на квантовом пределе

Квантовая механика устанавливает фундаментальное ограничение (квант теплопроводности) на максимальный поток тепла, который можно передать по одному каналу. В предшествующих экспериментах тепло вблизи квантового предела удавалось передавать лишь на малые расстояния, меньшие 100 мкм. M. Mottonen (Университет Аалто, Финляндия) и его коллеги впервые продемонстрировали передачу тепла с потоком, приближающимся к квантовому пределу, на макроскопические расстояния — до 1 метра. В качестве носителя тепла использовались фотоны микроволнового излучения, передаваемые по сверхпроводящему волноводу, закрученному в спираль. Фотоны электрически нейтральны, поэтому они слабее взаимодействуют с окружающим веществом, что уменьшает потери по сравнению с электронами. В качестве чувствительных термометров использовались сверхпроводящие туннельные контакты. Результаты эксперимента находятся в хорошем согласии с теоретическими расчётами и могут найти применение для охлаждения элементов в наноэлектронике. Источник: Nature Physics, онлайн-публикация от 1 февраля 2016 г.

Наблюдения с угловым разрешением 21 угл. мкс на радиотелескопе Радиоастрон

Представлены первые результаты наблюдений по методу интрерферометрии с очень длинной базой (VLBI), выполненные с помощью 10-метрового космического радиотелескопа Радиоастрон и 15 наземных радиотелескопов. Нахождение Радиоастрона на борту российского спутника Спектр-Р создает базу длиной 7.9 диаметров Земли, что позволило выполнить наблюдения с рекордным на сегодняшний день угловым разрешением 21 угл. мкс. Наблюдалась структура джетов у BL Lacertae — галактики с активным ядром, которая дала название всему классу галактик -- блазаров. На расстояниях 40, 100 и 250 угл. мкс от основания джета видны узлы, которые могли возникнуть под влиянием ударных волн. На расстоянии 0.5 угл. мс. от ядра наблюдается две компоненты поляризованного излучения. В наземно-космических наблюдениях на различных частотах был обнаружен градиент в мере фарадеевского вращения. Это говорит о наличии в джете спирального магнитного поля. Также был сделан вывод об отсутствии равнораспределения энергии между магнитным полем и излучающими частицами, поскольку яркостная температура в ядре превышает 3×1012 K. Проект Радиоастрон выполняется исследователями из Астрокосмического центра ФИАН в коллаборации с российскими и зарубежными коллегами. Источник: Astrophysical journal 817 96 (2016)


Новости не опубликованные в журнале


Механический преобразователь частоты микроволновых фотонов

J. Teufel и его коллеги из Национального института стандартов и технологий — NIST (США) создали новое устройство, позволяющее с помощью механического осциллятора преобразовывать фотоны микроволнового излучения в фотоны с другой частотой. Осциллятор представляет собой пластину конденсатора, соединенную с двумя микроволновыми резонаторами, имеющими различные резонансные частоты (8.89 и 9.93 ГГц). Осциллятор охлаждался до низшего квантового состояния механических колебаний. Фотоны, возбуждаемые в одном из резонаторов, преобразуются в колебания механического осциллятора (фононы), которые затем трансформируются в электромагнитные колебания во втором резонаторе с другой частотой, причем уровень шума настолько мал, что процессы идут на квантовом уровне и в процессе преобразования удается сохранять квантовое состояние фотонов. Достигнут темп преобразования 1012 фотонов в секунду (это в 100 раз лучше, чем у преобразователей на основе сверхпроводников) с эффективностью 95 %, а шум составляет менее 0,1 фотонов c-1Гц-1. Данное устройство может оказаться полезным для преобразования частоты фотонов, кодирующих квантовые состояния при квантовых вычислениях. Источник: Phys. Rev. Lett. 116 043601 (2015)

Передача спинового тока через магнитный изолятор

J. Shi (Калифорнийский университет в Риверсайде, США) и его коллеги создали трехслойный материал, в котором между двумя слоями металла с сильным спин-орбитальным взаимодействием заключен слой электрического изолятора с хорошими магнитными свойствами, и показали, что через изолятор можно эффективно передавать спиновый ток без сопутствующего перемещения зарядов. В первом слое металла за счет спинового эффекта Холла электрический ток вызывает спиновый ток, который переносится через изолятор квазичастицами-магнонами и затем во втором слое металла трансформируется обратно в электрический ток. Кроме того, с помощью магнитного поля можно легко управлять величиной передаваемого спинового тока. Новый трехслойный материал может найти применения в спинтронике. Источники: Nature Communications 7 10858 (2015), phys.org

Повторный быстрый радиовсплеск

С помощью 305-метрового радиотелескопа Аресибо впервые зарегистрированы повторные миллисекундные радиовсплески, положение и мера дисперсии которых совпадают с первым всплеском FRB121102. Из одного источника пришло 10 таких всплесков. Их регистрация говорит в пользу модели происхождения быстрых радиовсплесков в результате процессов на нейтронных звездах. Источник: Nature, онлайн-публикация от 2 марта 2016 г.

Сверхбыстрая модуляция в транзисторном лазере

M. Feng (Университет Иллинойса, США) и др. обнаружили, что туннелирование электронов между базой и коллектором в транзисторном лазере (полупроводниковом лазере, имеющем структуру транзистора) ведет к быстрому поглощению фотонов. Этот эффект может быть использован для сверхбыстрой модуляции лазерного излучения в устройствах для передачи информации по оптическим линиям связи. Источники: J. Appl. Phys. 9 084502 (2016), www.sciencedaily.com

Октупольная деформация ядер 144Ba

Известно, что многие тяжелые атомные ядра легко деформируются и могут иметь не сферическую, а грушевидную форму. Это наблюдалось, в частности, у ядер 224Ra. Теоретические расчеты предсказывали, что аналогичную несферичность должны иметь и более легкие ядра, в том числе, ядро с избыточным числом нейтронов 144Ba, однако ранее были получены лишь косвенные указания на октупольную несфериченость этих ядер из данных по гамма-излучению при дипольных переходах E1 и структуре уровней энергии вблизи основного состояния. Возможность измерения октупольных переходов E3 была ограничена, в основном, коротким временем жизни ядер 144Ba — время их полураспада 11,5 с. Эта трудность преодолена в новом эксперименте B. Bucher (Ливерморская национальная лаборатория им. Э. Лоуренса) и др. Пучок ядер 144Ba от распадного источника 252Cf с энергией 650 МэВ сталкивался со свинцовой мишенью. При этом ядра испытывали многоступенчатое кулоновское возбуждение и испускали фотоны гамма-излучения при обратных переходах. Были однозначно зарегистрированы фотоны, соответствующие октупольным переходам E3, которые излучаются ядрами при грушевидной октупольной деформации. Измерение матричного элемента переходов E3 показало, что интенсивность этих переходов выше, чем предсказывалось теоретически, что соответствует более сильной деформации, чем ожидалось. Это расхождение, если оно подтвердится при более точных измерениях, может потребовать модификации теории деформированных легких ядер. Источник: Phys. Rev. Lett. 116 112503(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, 1918–2017
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение