Новости физики в Интернете


Электрический дипольный момент электрона

Стандартная модель элементарных частиц предсказывает существование у электрона электрического дипольного момента величиной de≈ 10−40e см, но эффекты за пределами Стандартной модели могли бы на много порядков его усилить. В экспериментах коллаборации ACME по спектроскопическому исследованию пучков нейтральных молекул ранее было получено ограничение de < 9,4×10−29e см. Исследователи из Национального института стандартов и технологий и Колорадского университета в Боулдере (США) выполнили новый эксперимент по измерению de с использованием молекулярных ионов 180Hf19F+ в ловушке с вращающимся электрическим полем. В течение ≈ 700 мс, пока ионы находились в ловушке, спины внешних электронов в молекулах прецессировали, и в угле прецессии мог содержаться вклад от взаимодействия de с внутренним электрическим полем молекулы. Угол прецессии измерялся путем диссоциации молекул и регистрации ионов. На достигнутом уровне точности ненулевой de выявлен не был, и получено ограничение de<1,3×10−28e см. Хотя это ограничение не сильнее полученного ранее ACME, важность работы заключается в том, что результат ACME подтверждён с помощью новой экспериментальной методики и другой физической системы. Наличие дипольного момента электрона могло бы быть связано с асимметрией относительно обращения времени и генерацией барионной асимметрии в ранней Вселенной. Источник: Phys. Rev. Lett. 119 153001 (2017)

Управление шириной запрещённой зоны в экситонном изоляторе

Как показали теоретически Л.В. Келдыш и Ю.В. Копаев в 1964 г., в полупроводниках с малой шириной запрещённой зоны может происходить бозе-эйнштейновская конденсация экситонов (связанных состояний электронов и дырок), приводящая к формированию стабильной фазы «экситонного изолятора». Позже эта фаза действительно была обнаружена в некоторых соединениях, в том числе, в слоистом полупроводнике Ta2NiSe5. S. Mor (Институт им. Фритца Габера Общества М. Планка, Германия) и др. в новом эксперименте исследовали сверхбыструю неравновесную динамику электронной структуры Ta2NiSe5 под влиянием лазерных импульсов ближнего ИК-диапазона методом фотоэлектронной спектроскопии с временным и угловым разрешением. Было установлено, что при уменьшении поверхностной плотности излучения FC ниже величины 0,2 мДж см-2 запрещённая зона резко сужается, а при увеличении FC она расширяется. Это поведение противоположно тому, что имеет место в обычных полупроводниках. Для прояснения механизма данного явления были выполнены теоретические расчёты методом Хартри – Фока, которые показали, что ключевую роль здесь играет возрастание параметра порядка (плотности) экситонного конденсата. О когерентных состояниях экситонов см. в статье Л.В. Келдыша в этом номере УФН (стр. 1273). Источник: Phys. Rev. Lett. 119 086401 (2017)

Ионизация фазово-синхронизированными импульсами

D.B. Foote (Мэрилендский университет, США) и др. исследовали многофотонную ионизацию атомов Xe двойными лазерными импульсами, синхронизированными по фазе. Двойные импульсы получались из одиночных с помощью жидкокристаллического модулятора или путём разделения импульсов в интерферометре. Измерение числа образующихся под влиянием двойных импульсов ионов Xe+ позволило выявить зависимость эффективности ионизации от формы и взаимного расположения импульсов. В частности, оказалось, что даже небольшое (на уровне ≈ 10 %) перекрытие двух импульсов по времени приводит к существенным изменениям выхода ионов из-за оптической интерференции, которая изменяет интенсивность составного импульса. Также присутствует незначительный вклад от квантовой интерференции волновых функций возбужденных электронов. Ионизация в поле сильной электромагнитной волны была рассмотрена в теоретической работе Л.В. Келдыша в ЖЭТФ 47 1945 (1964). Источник: Phys. Rev. A 96 023425 (2017)

Квантово-электродинамические каскады с ионизацией атомов

В ближайшие годы ожидается появление лазеров с мощностью до 10 ПВт, в поле излучения которых возможно развитие квантово-электродинамических каскадов (см. УФН 185 103 (2015)). В таких каскадах происходит лавинообразное цепное рождение фотонов и электрон-позитронных пар. Для рождения e+e- в вакууме требуются лазерные поля большой интенсивности. Но каскад может развиваться и в более слабых полях в том случае, когда источниками начальных электронов являются атомы при их ионизации. Исследователи из Института прикладной физики РАН (г. Нижний Новгород) И.И. Артеменко и И.Ю. Костюков выполнили теоретическое исследование квантово-электродинамических каскадов с ионизацией тяжелых атомов в поле двух встречных лазерных импульсов. По сравнению с предшествующими упрощенными моделями, была учтена ионизация не только с внешних, но и с внутренних электронных уровней, а для темпа ионизации получена удобная формула, описывающая как режим слабой интенсивности, так и режим экстремально сильной интенсивности лазерного излучения. Характер ионизации атомов при различных значениях ионизационного потенциала, частоты и интенсивности излучения определяется параметром Келдыша γK. Моделирование методом Монте – Карло позволило рассчитать распределение и спектр каскадных электронов и фотонов. Важным фактором в развитии каскада является выталкивание большинства электронов пондеромоторными силами из области наиболее сильного лазерного излучения, но малое число остающихся электронов продолжает поддерживать каскад. Изучение квантово-электродинамических каскадов важно для ряда перспективных лазерных технологий, в числе которых фотоядерные реакции и лазерно-плазменное ускорение частиц. Источник: Phys. Rev. A 96 032106 (2017)

Бесфазовое распространение в волноводе

Если показатель преломления вещества n → 0, то длина электромагнитной волны в образце λ → ∞, и её фаза на всём протяжении образца одинакова. Бесфазовое распространение волн уже было продемонстрировано в ряде систем. E. Mazur (Гарвардский университет, США) и его коллеги развили данную технологию, создав кремниевый волновод на основе метаматерила, который поддерживает бесфазовое распространение, причём новая технология совместима с обычными телекоммуникационными устройствами. Волновод представляет собой пластину с полукруглыми вырезами на подложке, заполненной массивом отверстий. Переход n через нуль при λ=1625 нм происходит благодаря наличию одновременно электрического и магнитного дипольных резонансов. При приближении n к нулю у волны сохраняется конечная групповая скорость, и волна может переносить энергию. Из-за большой частоты волны наблюдать напрямую ее бесфазовое распространение затруднительно, поэтому с помощью инфракрасной камеры наблюдались биения при интерференции двух встречных волн, происходящие когерентно по всей длине волновода. Источник: ACS Photonics 4 2385 (2017)

Генерация терагерцового излучения в жидкой воде

Электромагнитное излучение терагерцового диапазона (ТГц) привлекает большое внимание благодаря возможности недеструктивно просвечивать многие материалы. Одним из перспективным методов генерации терагерцового излучения является оптико-терагерцовое преобразование, происходящее при воздействии лазерного света на вещество. Q. Jin (Рочестерский университет (США) и Хуачжунский университет науки и технологии (КНР)) и др. впервые экспериментально продемонстрировали генерацию широкополосных терагерцовых сигналов в жидкой воде под действием фемтосекундных лазерных импульсов с частотой повторения 1 кГц, которые фокусировались параболическим зеркалом внутри пленки воды толщиной ≈ 180 мкм. Пленка двигалась со скоростью 1,3 м с-1 и стационарно поддерживалась между двумя алюминиевыми проволоками благодаря поверхностному натяжению воды. Использование тонкой пленки позволяет излучению выходить наружу, не поглощаясь. Обнаружена сильная зависимость генерируемого излучения от направления поляризации и от длительности лазерных импульсов. Вероятным механизмом генерации является мультифотонная и каскадная ионизация молекул и плазменные колебания. О других источниках терагерцового излучения см. в УФН 181 867 (2011) и УФН 186 667 (2016). О высокочувствительных приемниках терагерцового излучения см. в УФН 176 983 (2006) и УФН 184 1033 (2014). Источник: Appl. Phys. Lett. 111 071103 (2017)

Движение воды под действием лазерного излучения

Поскольку фотоны переносят импульс, воздействие света на газы и жидкости может вызывать гидродинамические потоки, что уже было ранее продемонстрировано в экспериментах. В частности, поток наблюдался вблизи поверхности воды из-за ее деформации. Y. Wang (Университет электронных наук и технологий Китая и Хьюстонский университет (США)) и др. обнаружили новый эффект, при котором пульсирующее лазерное излучение создает устойчивые потоки в объёме чистой воды. Сначала ёмкость была заполнена водной взвесью золотых наночастиц, и через несколько минут возникал гидродинамических поток в направлении луча. Поток наблюдался по отражению света другого лазера от полимерных микросфер в воде. Исследование с помощью гидрофона показало, что поток возникал под влиянием ультразвуковых волн, которые генерировались при резком тепловом расширении золотых наночастиц, нагреваемых лазерными импульсами. Важно, что наночастицы в объёме воды были нужны только для возникновения течения, и поток сохранялся после замещения взвеси чистой водой. Оказалось, что за поток чистой воды ответственны наночастицы, внедрившиеся в стекло. Созданные ими микроворонки на внутренней поверхности сосуда обнаружены и исследованы с помощью сканирующего электронного микроскопа. Поток чистой воды поддерживался в течение примерно часа, пока происходило вымывание наночастиц из воронок. Источник: Science Advances 3 e1700555 (2017)

Новые результаты LIGO/Virgo

С помощью гравитационно-волновых интерферометров LIGO/Virgo впервые выполнена регистрация гравитационного всплеска GW170814 сразу тремя детекторами, а также впервые зарегистрирован всплеск GW170817, который связан с гамма-всплеском GRB 170817A. С 1 августа 2017 г. к наблюдениям гравитационных волн, выполняемым на двух детекторах LIGO, которые находятся в США, присоединился детектор Virgo, расположенный в Италии. 14 августа 2017 г. тремя детекторами зарегистрирован всплеск гравитационных волн GW170814. Его характеристики соответствуют слиянию двух чёрных дыр с массами 30,5M и 25,3M. По данным трёх детекторов направление на источник определяется на порядок лучше, чем в случае двух детекторов. Также впервые определена поляризация гравитационной волны и подтверждено предсказание Общей теории относительности о тензорном характере поляризации, а чисто скалярный и чисто векторный варианты исключены. 17 августа 2017 г. LIGO/Virgo зарегистрировали всплеск GW170817, из области локализации которого спустя 1,74 ± 0,05 с телескопом Fermi-GBM был зарегистрирован короткий гамма-всплеск GRB 170817A. Массы сливающихся объектов заключены в интервалах от 1,17M до 1,60M, что соответствует массам нейтронных звёзд. Таким образом, впервые посредством гравитационных волн наблюдалось слияние нейтронных звезд в двойной системе и доказано, что короткие гамма-всплески могут генерироваться при таких слияниях. Скорость распространения гравитационных волн с относительной точностью ≈ 10−15 совпала со скоростью света, что также подтверждает Общую теорию относительности и ограничивает параметры ряда моделей космологической тёмной энергии. Из того же направления спустя несколько часов после сигнала GW170817 с помощью нескольких телескопов было зарегистрировано оптическое излучение. В том числе, оптический сигнал наблюдался российской глобальной роботизированной сетью телескопов МАСТЕР, созданной под руководством В.М. Липунова (см. УФН 186 1011 (2016)). Источник оптического излучения находится в галактике NGC 4993 на расстоянии 2 кпк от её центра. Также излучение было зарегистрировано в рентгеновском, УФ-, ИК- и радиодиапазонах. Свойства сигналов хорошо соответствуют предсказаниям модели ``килоновой''. Оптическое излучение в этой модели генерируется при радиоактивных распадах тяжёлых ядер, образующихся в процессе нуклеосинтеза при слиянии нейтронных звезд. О расчетах темпа генерации гравитационных сигналов от слияний нейтронных звезд см. в УФН 171 3 (2001), об истории разработки детекторов гравитационных волн см. в УФН 186 968 (2016) и о значимости их регистрации см. в УФН 184 367 (2014), УФН 186 1001 (2016), УФН 186 1011 (2016), УФН 187 884 (2017). Источники: Phys. Rev. Lett. 119 141101 (2017), Phys. Rev. Lett. 119 161101 (2017), Astrophys. J. Lett. 848 L12 (2017), arXiv:1710.05461 [astro-ph.HE]


Новости не опубликованные в журнале


Мазер постоянного действия

Группой исследователей из Великобритании и Германии создан твердотельный мазер постоянного действия, работающий при комнатной температуре. Новый мазер функционирует на основе азото-замещенных вакансий в алмазе, расположением электронных уровней которых можно управлять с помощью внешнего магнитного поля, что позволило создать конфигурацию уровней, необходимую для работы мазера. Ранее у твердотельных мазеров при комнатной температуре удавалось получить только импульсный режим генерации, а использование в них органических молекул делало эти мазеры термически и механически нестабильными. Источники: physicsworld.com, arXiv:1710.07726 [physics.app-ph]

Электронный топологический переход Лифшица в YbAl3

S. Chatterjee (Корнеллский университет, США) и др. методом фотоэмиссионной спектроскопии с разрешением по углам обнаружили, что в соединении YbAl3 имеют место флуктуации структуры валентных связей, обусловленные локализацией и делокализацией электронов вблизи атомов Yb при изменении температуры, что ведет к изменению топологии поверхности Ферми. Это явление было рассмотрено теоретически И.M. Лифшицем в 1960-м году и известно как «переход Лифшица». Источники: www.sciencedaily.com, Nature Communications 8 852 (2017)

Истощение конденсата Бозе – Эйнштейна

R. Lopes (Кембриджский университет, Великобритания) и др. впервые экспериментально подтвердили теоретическое предсказание Н.Н. Боголюбова, сделанное в 1947 г., о доле взаимодействующих бозе-атомов, переходящих в состав бозе-эйнштейновского конденсата. При наличии парного взаимодействия только часть атомов переходит в конденсат, а остальные атомы остаются вне состояния конденсата, имея широкое распределение по импульсам. В эксперименте при изменении методом резонанса Фешбаха величины взаимодействия атомов наблюдалось истощение (depletion) бозе-Эйнштейновского конденсата в точном соответствии с расчетами Н.Н. Боголюбова. Источник: Phys. Rev. Lett. 119 190404 (2017)

Новый класс слоистых сверхпроводников

Исследователи из Токийского столичного университета (Япония) обнаружили новый класс слоистых сверхпроводников. Соединение NaSn2As2 состоит из бислоев Sn2As2, удерживаемых вместе силами Ван-дер-Ваальса и разделенных ионами Na+. Температура его сверхпроводящего перехода составляет Tc=1.2 K. Источники: phys.org, J. Phys. Soc. Jpn. 86 123701 (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, 1918–2017
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение