Новости физики в Интернете


Дважды очарованный барион

В эксперименте LHCb на Большом адронном коллайдере впервые зарегистрирован барион Ξ++cc, в состав которого входят два c-кварка и u-кварк. Существование этого бариона предсказывалось кварковой моделью. Он рождался в pp-столкновениях с энергией 13 ТэВ и распадался за счёт слабых взаимодействий по каналу Ξ++cc → Λ+cK-π+π+, Λ+c → pK-π+. Бариону Ξ++cc соответствовал пик в распределении числа событий по инвариантной массе, причём статистическая значимость регистрации Ξ++cc превышает 12 σ. Измеренная масса бариона ≈ 3621 МэВ c-2 находится в хорошем согласии с теоретическими расчётами, а пик при той же массе подтверждается также данными LHCb при энергии 8 ТэВ. Ранее другая коллаборация SELEX уже сообщала о регистрации бариона с двумя тяжёлыми кварками Ξ+cc (кварковый состав [ccd]), однако этот результат не нашёл подтверждения в независимых экспериментах. Надёжная регистрация коллаборацией LHCb бариона Ξ++cc важна для проверки сложных вычислений, проводимых в рамках квантовой хромодинамики. Согласно теории, барион Ξ++cc имеет планетарную структуру: лёгкий кварк u обращается на некотором удалении от компактной пары тяжёлых c-кварков (дикварка). В коллаборации LHCb принимают участие российские исследователи из нескольких научных организаций. О барионах с двумя тяжёлыми кварками см. в обзоре В.В. Киселёва и А.К. Лиходеда в УФН 172 497 (2002). Источник: arXiv:1707.01621 [hep-ex]

Передача квантово запутанных фотонов через спутник

J.-W. Pan (Научно-технический университет Китая) и его коллеги выполнили передачу пар фотонов в квантово запутанном состоянии с китайского космического спутника Micius на три наземные станции. Фотоны распределялись между получателями на Земле, находящимися на расстоянии 1203 км друг от друга, при этом с учетом расстояний от спутника до наземных станций фотоны суммарно проходили расстояния от 1600 до 2400 км. Ранее из-за потерь в оптоволоконных и воздушных линиях связи удавалось передавать квантово запутанные фотоны лишь на расстояния до ≈ 100 км. На борту спутника фотоны от лазерного диода расщеплялись на пары в нелинейном кристалле, и в результате получались фотоны в запутанных по поляризации состояниях, причём производился случайный выбор между несколькими направлениями поляризации. Для передачи и приема фотонов на спутнике и на наземных станциях имелись телескопы. После приёма фотонов выполнялся тест Белла, который показал, что квантовая точность запутанности фотонов составляет f ≥ 0,87 ± 0,09. В другом эксперименте J.-W. Pan и др. осуществили квантовую телепортацию состояний частиц на расстояние 1400 км от высокогорной станции в Тибете на тот же спутник Micius. А японские исследователи под руководством M. Sasaki (Национальный институт информации и телекоммуникационных технологий, Япония) выполнили квантовую коммуникацию — сигнал с протоколом квантового распределения ключей передавался с микроспутника SOCRATES весом 48 кг на Землю. Данные эксперименты важны для практических применений в области квантовой коммуникации и квантовой криптографии. Источники: Science 356 1140 (2017), arXiv:1707.00934 [quant-ph],Nature Photonics, онлайн-публикация от 10 июля 2017 г.

Ретропричинность и временная симметрия

M.S. Leifer (Университет Чепмена, США) и M.F. Pusey (Институт теоретической физики Периметр, Канада) в своей теоретической работе прояснили взаимосвязь между симметрией физических процессов относительно обращения времени и концепцией ретропричинности (retrocausality), которая обсуждается как альтернатива действию на расстоянии в квантовой механике. Идея ретропричинности тесно связана с вопросом о реальности квантовых состояний. В рамках этой концепции имеет место определённое влияние будущих событий на прошлые. Например, выбор условий проведения эксперимента в будущем влияет на состояние измеряемой системы в прошлом. Однако передача сигналов из будущего в прошлое таким способом невозможна. M.S. Leifer и M.F. Pusey несколько модифицировали и обобщили аргументы H. Price, согласно которым условия реальности квантового состояния и симметрии во времени допускают ретропричинное влияние. В их работе в рамках концепции ретропричинности были сформулированы времениподобные аналоги теста Белла и найдены условия, при которых квантовые процессы симметричны относительно обращения времени. О необратимости в квантовой механике см. в статье Б.Б. Кадомцева в УФН 173 1221 (2003) Источник: Proc. R. Soc. of London A 473 20160607 (2017)

Квантовый демон Максвелла на основе кубита

N. Cottet (Университет Сорбонна, Франция) и др. впервые реализовали в своём эксперименте концепцию демона Максвелла, работающего в квантовом режиме — оперирующего квантовыми суперпозициями микроволновых фотонов, и по измерениям его состояния проследили преобразование информации в работу. Роль демона выполнял микроволновый резонатор, который отслеживал состояние связанного с ним сверхпроводящего кубита. Микроволновые импульсы проходили через резонатор, и он мог совершать работу (передавал энергию фотонам при стимулированном излучении) лишь в том случае, если кубит находился в низшем энергетическом состоянии. Напротив, в случае возбуждения кубита происходил сдвиг частоты резонатора и резонатор блокировал импульсы. Таким образом демон Максвелла выборочно пропускал импульсы. При этом изменялись числа заполнения фоковских состояний самого резонатора. Методом квантовой томографии была реконструирована матрица плотности резонатора по числам заполнения фотонов, и тем самым была получена информация о памяти демона, имеющая энергетическую цену. Как и ожидалось теоретически, увеличение энтропии, соответствующей памяти демона, компенсировало уменьшение энтропии системы. О квантовой информации см. в книге Б.Б. Кадомцева Динамика и информация и обзоре УФН 164 449 (1994). Источник: PNAS 114 7561 (2017)

Отрицательная эффективная масса и квантовые измерения

Если определять координаты и импульсы некоторой системы с положительной эффективной массой meff относительно соответствующих переменных другой системы, имеющей meff<0, то разности этих величин будут являться коммутирующими квантовыми переменными. Их можно измерять одновременно, в отличие от абсолютных координат и импульсов, точность измерения которых ограничена принципом неопределенности Гейзенберга. Исследователи из Института им. Н. Бора Копенгагенского университета под руководством E. Polzik выполнили эксперимент, в котором этот метод измерения впервые был продемонстрирован. Использовались два оптически связанных осциллятора: диэлектрическая мембрана размером 0,5 мм с большой механической добротностью и заключенный в оптическую ячейку ансамбль из ≈ 109 атомов цезия в магнитном поле, служивший спиновым осциллятором. Ансамбль мог переводиться в состояние со спинами, направленными противоположно магнитному полю, и в этом случае спиновый осциллятор имел meff<0. Луч лазера последовательно проходил через ансамбль атомов и освещал мембрану, что создавало между ними оптомеханическую связь. А по отражению импульсов другого лазера производились измерения спектра колебаний мембраны. Обратное влияние, которое оказывает процесс измерения, в случае meff<0 частично компенсировалось, что увеличивало точность измерения на величину 1,8 дБ. Данная методика может найти применение в измерительных устройствах, работающих вблизи стандартного квантового предела. Источник: Nature 547 191 (2017)

Квантовые эффекты Зенона и анти-Зенона

Исследователи из Университет Вашингтона в Сент-Луисе P.M. Harrington, J.T. Monroe и K.W. Murch продемонстрировали в едином эксперименте со сверхпроводящим кубитом как квантовый эффект Зенона, замедляющий квантовый переход между уровнями кубита за счёт последовательности частых измерений, так и эффект анти-Зенона, ускоряющий переход. Причём эффект анти-Зенона в эксперименте с единичным кубитом наблюдается впервые. Сверхпроводящий кубит был помещён в электромагнитный резонатор, и по сдвигам фаз пробных импульсов в резонаторе определялись состояния кубита и измерялось время до их распада. В соответствии с теорией, при этом наблюдался квантовый эффект Зенона. Затем условия эксперимента были изменены: кубит подвергался воздействию электромагнитного шума со специально структурированным спектром. Наличие шума изменяет число конечных состояний, доступных для квантового перехода. Уменьшение числа состояний ведёт к замедлению времени перехода, а увеличение — к ускорению. В зависимости от разности собственной частоты резонатора и средней частоты шума в эксперименте наблюдался либо эффект Зенона, либо эффект анти-Зенона. Эксперимент был повторен в случае, когда выполнялись «квазиизмерения», которые посредством рандомизации фазы Берри вносили в состояние системы расфазировку, но при при этом информация о результатах измерений во внешний мир не передавалась. В этом случае также наблюдались эффекты Зенона и анти-Зенона. Источник: Phys. Rev. Lett. 118 240401 (2017)

Хиггсова мода в двумерном антиферромагнетике

Вблизи квантовой критической точки в кристаллах возникают неустойчивости (флуктуации параметра порядка), которые по своим свойствам похожи на поле Хиггса в Стандартной модели элементарных частиц. Хиггсовы моды возбуждений вблизи квантовой критической точки уже наблюдались в трехмерных кристаллах. Однако в 2D-системах они обычно сильно неустойчивые и быстро распадаются на пары намбу-голдстоуновских мод, из-за чего выделить их не удавалось. T. Hong (Национальная лаборатория Ок-Ридж, США) и др. методом нейтронного рассеяния впервые наблюдали хиггсову моду вблизи квантовой критической точки в двумерном антиферромагнетике C9H18N2CuBr4, в котором эта мода является стабильной. С точки зрения теории, структура антиферромагнетика может быть описана набором решеток, в узлах которых расположены спины S=1/2. Эксперимент показал хорошее согласие свойств хиггсовой моды с этой моделью, и были измерены численные значения параметров гамильтониана системы. Источник: Nature Physics 13 638 (2017)

Наблюдение диффузии единичных атомов

A. Widera (Университет Кайзерслаутерн и Высшая школа материаловедения в Майнце, Германия) и его коллеги выполнили наблюдение диффузии единичных атомов 133Cs в разреженном ультрахолодном газе атомов 87Rb в оптической ловушке. Атомы 133Cs направлялись в ловушку, где они сталкивались с атомами 87Rb и, постепенно замедляясь, приходили с ними в тепловое равновесие. Путем лазерного возбуждения атомов 133Cs и регистрации излучаемого ими флуоресцентного света определялись пространственные смещения атомов спустя различное время после начала движения, что позволило найти статистическое распределение атомов. Оно имело бимодальный вид, т.к. часть атомов 133Cs до момента наблюдения не успевала испытать столкновения. Газ 87Rb в ловушке был неоднороден, что позволило исследовать одновременно много реализаций с различными числами Кнудсена от Kn≈ 1 в центре ловушки до больших значений Kn на краю. Оказалось, что в широком диапазоне Kn всего лишь после нескольких столкновений с атомами 87Rb ансамбль атомов 133Cs начинает хорошо описываться уравнением Ланжевена, в котором коэффициент трения зависит от скорости. Источник: Phys. Rev. Lett. 118 263401 (2017)

Токамак с литиевым покрытием стенок

D.P. Boyle (Лаборатория физики плазмы Принстонского университета, США) и др. выполнили эксперимент по принципу токамака, в котором внутренние поверхности стенок камеры были покрыты слоем лития. Это позволило увеличить температуру плазмы у стенок по сравнению с обычными токамаками, в которых для удаления внешних слоёв плазменного шнура применяются диверторы. В новом эксперименте на внутренние стенки сферического токамака был напылён слой лития толщиной ≈ 75-100 нм. Диагностика плазмы — измерение её температурного профиля — производилась по методу томсоновского рассеяния оптических фотонов на ионах во время электрического разряда в плазме. По результатам измерений впервые было показано, что температурный профиль вдоль сечения камеры при наличии лития становится более плоским, т.е. имеет место выравнивание температуры в центральном ядре и у стенок. Данный эффект, предсказанный в 2003 г. в работе С.И. Крашенинникова, Л.Е. Захарова и Г.В. Переверзева, обусловлен тем, что литий связывает атомы водорода в гидрид лития. Это понижает их обратный поток и уменьшает градиент температуры и турбулентность плазмы. В будущем данный эффект может привести к повышению выхода энергии в токамаках. О развитии токамаков см. в статье Б.Б. Кадомцева в УФН 166 449 (1996) Источник: Phys. Rev. Lett. 119 015001 (2017)

Двойная сверхмассивная чёрная дыра

С помощью радиотелескопов VLBA Национальной радиоастрономической обсерватории NRAO выполнены наблюдения радиогалактики 0402+379, которая содержит две сверхмассивные чёрные дыры (СМЧД), обращающиеся друг вокруг друга. Двойная СМЧД могла образоваться при слиянии двух галактик. Подобные слияния являются типичными эпизодами эволюции большинства галактик, особенно в плотных скоплениях, но к настоящему моменту известно лишь несколько галактик с двойными СМЧД. Две СМЧД, находящиеся вблизи максимумов яркости излучения (ядер), удалены друг от друга на расстоянии около 7.3 пк. Их орбита является наиболее тесной среди орбит тех двойных СМЧД, которые удалось пространственно разрешить. Галактика 0402+379 наблюдалась на частотах 5, 8, 15 и 22 ГГц, и была выявлена зависимость видимого расстояния между ядрами от частоты, а также, возможно, были получены свидетельства собственного движения ядер. Первый из этих эффектов, предсказанный в работах A. Konigl и А.П. Лобанова, связан со структурой джетов и магнитных полей у их оснований. Второй эффект говорит о том, что в данном исследовании, возможно, впервые наблюдалось собственное орбитальное движение СМЧД в двойной системе. По скорости движения оценен период их обращения — 30 тыс. лет, при этом сумма масс СМЧД составляет ≈ 15 × 109M. Источник: The Astrophysical Journal 843 14 (2017)


Новости не опубликованные в журнале


Сверхтонкое расщепление в антиводороде

В эксперименте ALPHA-2 в ЦЕРНе выполнены новые измерения величины сверхтонкого расщепления уровней атомов антиводорода, состоящих из антипротонов и позитронов. С достигнутой на сегодняшний день относительной точностью 4×10-4 результат совпадает с величиной расщепления уровней атомов обычного водорода, что соответствует предсказанию Стандартной модели элементарных частиц. Наличие асимметрии свидетельствовало бы об эффектах за пределами Стандартной модели. Возможно, эффект асимметрии мог бы объяснить преобладание во Вселенной вещества над антивеществом. Источники: Nature 548 66 (2017), physicsworld.com

Рентгеновская томография микрочастиц

C. Donnelly (Швейцарская высшая техническая школа Цюриха) и др. разработали новую методику рентгеновской томографии, позволившую с помощью жестких рентгеновских лучей исследовать объемную магнитную структуру интерметаллических магнитных частиц размером около 5 мкм с пространственным разрешением 100 нм. Метод основан на дифракции поляризованного излучения при наблюдении образца с различных направлений. Ранее с помощью мягкого рентгеновского излучения удавалось проникнуть лишь в поверхностные слои на малую глубину. С помощью нового метода впервые удалось рассмотреть вихревую структуру намагниченности вблизи точек Блоха. Источники: Nature 547 328 (2017), physicsworld.com

Необычная галактика

K. Glazebrook (Технологический университет Суинберна, Австралия) и его коллеги исследовали галактику ZF-COSMOS-20115, которая имеет очень необычные свойства. С помощью спектроскопических наблюдений на телескопе Кека найдено красное смещение галактики z=3.717, которому соответствует возраст Вселенной 1.65 млрд. лет. Но при этом галактика имеет очень малый темп образования звезд по сравнению со средним темпом звездообразования в ту эпоху. Имеющиеся в галактике звезды образовались очень рано, а образование новых звезд по какой-то причине прекратилось. Кроме того, галактика является очень массивной и компактной: ее звездная масса составляет 1.7×1011M, а эффективный радиус всего 500 пк. В рамках обычной теории формирования галактик пока неясно, как могла образоваться подобная галактика. Источник: elementy.ru

Механизм бесструктурного фазового перехода в (TMTTF)2PF6

S. Kitou (Нагойский университет, Япония) и др. методом синхротронной рентгеновской дифракции впервые выяснили механизм фазового перехода органического кристалла (TMTTF)2PF6 при температуре 67 К. При этом переходе кристалл переходит из состояния изолятора Мотта в зарядо-упорядоченное состояние. Поскольку ранее никаких изменений в структуре кристалла обнаружить не удавалось, этот переход был назван бесструктурным (structureless transition). Новое исследование показало, что фазовый переход связан с формированием двумерного вигнероского кристалла и передачей заряда величиной 0,2e между двумя соседними молекулами TMTTF в димере. Источники: Phys. Rev. Lett. 119 065701 (2017), www.sciencedaily.com

Поиск частиц темной материи

Представлены новые данные по прямому поиску частиц темной материи в эксперименте PandaX-II, выполняемом в Китае. Избытка событий над уровнем фона не зарегистрировано, и получены новые ограничения сверху на сечение взаимодействия частиц темной материи с атомными ядрами. Источник: arXiv:1708.06917 [astro-ph.CO]

Наблюдение спинового эффекта Холла оптическим методом

P. Gambardella (Швейцарская высшая техническая школа Цюриха) и его коллеги выполнили измерения спинового эффекта Холла в тонких пленках платины и вольфрама по вращению плоскости поляризации отраженного света — методом магнитооптической керровской микроскопии. Была измерена зависимость спиновой плотности на сторонах образцов от силы электрического тока, а также измерена диффузионная длина спинов в платине. Источники: Phys. Rev. Lett. 119 087203 (2017), physicsworld.com

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