Новости физики в Интернете


Неразличимость порядка квантовых событий

В квантовой механике порядок во времени квантовых событий (например, воздействий на систему) может быть неопределённым и, более того, может иметь место квантовая суперпозиция различных историй эволюции системы с противоположным порядком событий. Это теоретическое предсказание подтверждено в эксперименте K. Goswami (Квинслендский университет, Австралия) и соавторов. Фотоны через поляризационный сплиттер поступали в два плеча интерферометра. В первом или во втором плече (в зависимости от поляризации) над ними выполнялись квантовые операции с помощью инвертирующих призм в различные моменты времени. Был построен критерий, который по результатам измерений сигнала на выходе интерферометра позволяет сделать вывод о том или ином порядке событий или о неразличимости этого порядка. Т.к. длина когерентности фотонов превышала размер плеча интерферометра, то размазанность волновой функции фотона по времени превышала интервал времени между квантовыми операциями, поэтому прямой и обратный порядок операций в данном эксперименте были неразличимы. Эта неразличимость с помощью указанного критерия была продемонстрирована на уровне достоверности 18 σ. Источник: Phys. Rev. Lett. 121 090503 (2018)

Создание квантово запутанного состояния с помощью метаматериалов

Метаматериалами называют искусственные периодические массивы различных элементов. Их уникальные электромагнитные свойства впервые были рассмотрены в работе В.Г. Веселаго в УФН 92 517 (1967). Разновидность метаматериалов – метаповерхности представляют собой двумерные массивы субволновых микроантенн. T. Stav и его соавторы из Израильского технологического института Технион впервые использовали диэлектрическую метаповерхность для генерации запутанности между спином и орбитальным угловым моментом единичного фотона, а также между спином одного фотона и орбитальным угловым моментом второго фотона. Фронт электромагнитной волны при прохождении через метаповерхность приобретает вид спирали, и квантовая запутанность возникает за счёт фазы Панчаратнама – Берри, которая делает возможной связь между спином и орбитальным угловым моментом фотона. Наличие запутанности было показано путём полной квантовой томографии фотонов при проекциях их состояний на базис орбитальных угловых моментов и на базис поляризаций. Это позволило выявить нелокальные корреляции, которых не может быть в классической световой волне. Метаповерхности могут найти широкое применение в квантовой оптике для генерации запутанных состояний фотонов и для управления ими. Источник: Science 361 1101 (2018)

Однонаправленное квантовое управление

Концепция управления Эйнштейна – Подольского – Розена (EPR steering) была предложена Э. Шрёдингером в 1935 г. Этот эффект заключается в управлении редукцией волновой функции удалённой системы посредством выбора измерительного базиса для ближней системы. Эффект однонаправленного управления Эйнштейна – Подольского – Розена, когда обратное управление невозможно, был впервые продемонстрирован D.J. Saunders и соавторами в 2010 г., однако экспериментальные методики основывались на дополнительных предположениях о квантовых состояниях или о процессе их измерения, которые ограничивали применимость полученных результатов в общем случае. N. Tischler (Университет Гриффита, Австралия) и соавторы впервые продемонстрировали в эксперименте двухкубитное однонаправленное управление без дополнительных предположений, что делает их эксперимент исчерпывающей демонстрацией данного эффекта. Основой нового эксперимента стал высококачественный источник фотонов в двухкубитных вернеровских состояниях. Эти фотоны пересылались между двумя станциями по путям с контролируемыми искусственными потерями. Измерения состояний фотонов позволяли выполнить однонаправленное квантовое управление без ограничивающих предположений. Источник: Phys. Rev. Lett. 121 100401 (2018)

Радиационный теплообмен излучением дальнего поля

Теория радиационного теплообмена между телами, разработанная М. Планком, ограничивает сверху эффективность теплообмена (предел чёрного тела). Однако это ограничение имеет место лишь в том случае, когда длина волны излучения много меньше размеров тел и расстояния между ними. Ранее в экспериментах уже было обнаружено, что при обратном соотношении масштабов теплообмен в ближнем поле может превосходить указанное ограничение. Теоретические расчеты показывали, что аналогичный эффект усиления возможен и в дальней зоне. Этот вывод впервые подтверждён в эксперименте D. Thompson (Мичиганский университет, США) и соавторов. Исследовался теплообмен в вакууме между плоскими пластинами, имеющими толщину, много меньшую длины волны, и находящимися в тепловом контакте с резисторами. Переменный ток, пропускаемый через резистор у первой пластины, производил её периодический нагрев. Радиационным путём тепло передавалось второй пластине. Измерялись колебания тока, протекающего через второй резистор, возникающие за счёт тепловой модуляции его сопротивления. Достигнут в сто раз больший теплообмен, чем следует из предела чёрного тела. При этом скорость теплопередачи хорошо согласуется с расчётами, выполненными в рамках флуктуационной электродинамики. Источник: Nature 561 216 (2018)

Моделирование астрофизических джетов в лаборатории

Плазменные процессы в космических телах зачастую столь сложны, что не поддаются теоретическому описанию. Например, пока нет исчерпывающей магнитогидродинамической теории формирования и распространения плазменных струй (джетов) в ядрах активных галактик и в молодых звездах. Прояснить эти явления могут лабораторные эксперименты, выполняемые на плазменных установках. Такого рода исследования ведутся на установке «Плазменный фокус» в Курчатовском институте (Москва, Россия), в них принимают участие ученые из ФИАНа и МФТИ. Схожая тематика у экспериментов PF-1000 (Польша) и KPF-4 (Абхазия). В этих установках под влиянием электрического разряда образуется плазма, которая выбрасывается направленным пучком. В Курчатовском институте были получены узкоколлимированные струи, поперечные размеры которых оставались на уровне в несколько см при распространении на расстояния до 100 см., а скорость плазмы при этом превышала 100 км с-1. Была выявлена важная роль радиационного охлаждения, а также измерены параметры плазмы и распределение магнитных полей в струях. Возможно, эти данные помогут прояснить механизмы стабилизации струй, а благодаря наличию безразмерных параметров результаты экспериментов можно будет масштабировать и на астрофизические объекты. Источник: Int. J. of Mod. Phys. D 27 1844009 (2018)


Новости не опубликованные в журнале


Новое ограничение на первичные черные дыры

Возможность образования в ранней Вселенной первичных черных дыр (ПЧД) была предсказана теоретически Я.Б. Зельдовичем и И.Д. Новиковым в 1967 г., и затем эта модель была развита в работах С. Хоукинга, Б. Карра и других исследователей. Гравитационно-волновые сигналы от слияний черных дыр в двойных системах, зарегистрированные детекторами LIGO/Virgo, вызвали дополнительный интерес к модели ПЧД, т.к. ПЧД наряду с черными дырами звездного происхождения могли бы объяснить эти сигналы. В частности, вновь был поставлен вопрос о том, не может ли вся темная материя (скрытая масса Вселенной) состоять из ПЧД? Исследователями из Калифорнийского университета M. Zumalacarregui и U. Seljak, выполнен поиск гравитационного линзирования света далеких сверхновых черными дырами, случайно оказавшимися на луче зрения. ПЧД своим гравитационным полем сфокусировала бы свет, создав характерные особенности в профиле вспышки сверхновой. При обработке данных по 740 сверхновым типа Ia из отсутствия признаков линзирования получено, что ПЧД с массами ≥0,01M составляют не более ≈ 37% от всей темной материи. Таким образом, преобладающая часть темной материи должна состоять из чего-то иного, т.к. количество ПЧД с массами <0,01M ограничено другими эффектами. В качестве одного из наиболее вероятных кандидатов на роль темной материи сейчас рассматриваются новые, не зарегистрированные пока в детекторах элементарные частицы. Источник: Phys. Rev. Lett. 121 141101 (2018)

Джозефсоновский контакт в графене

F.E. Schmidt (Делфтский технический университет, Нидерланды) и соавторы исследовали свойства баллистического джозефсоновского контакта на основе графена. Измерены электромагнитные характеристики системы как в режиме постоянного тока, так и для микроволновых сигналов. На основе графеновых контактов могут быть созданы параметрические усилители и, если удастся преодолеть проблему декогеренции, кубиты и другие квантовые логические элементы. Источники: Nature Communications 9 4069 (2018), phys.org

Проблема космологического лития

Теория первичного нуклеосинтеза с высокой точностью предсказывает относительные распространенности химических элементов, производимых в ранней Вселенной, за исключением количества лития-7. В расчетах получается в 3-4 раза больше 7Li, чем наблюдается в бедных металлами старых звездах. Попытки объяснить это расхождение астрофизическими процессами пока к успеху не привели. В качестве другого объяснения рассматриваются неточности в определении сечений ядерных реакций или иные неизвестные каналы производства лития. Большая часть лития производится в реакции 7Be+e- → 7Li+νe уже после эпохи первичного нуклеосинтеза, поэтому проблему пониженного содержания лития можно было бы решить, если бы существовал более эффективный механизм разрушения бериллия в эпоху нуклеосинтеза. Например, если бы сечение его разрушения нейтронами было бы больше, чем предполагается. Реакция 7Be(n,p)7Li дает основной вклад в разрушение бериллия в космологических условиях и, соответственно, определяет содержание лития. Ранее в двух экспериментах уже выполнялись исследования реакции 7Be(n,p)7Li, однако результаты расходились друг с другом и не перекрывали диапазон энергий, соответствующих первичному нуклеосинтезу. В эксперименте международной коллаборации n_TOF (ЦЕРН) выполнены новые измерения сечения реакции 7Be(n,p)7Li в диапазоне энергий, который включает те энергии, при которых шел нуклеосинтез в ранней Вселенной. Образец 7Be весом 0.1 мг был получен в Институте Пауля-Шерера и облучен на установке ISOLDE в ЦЕРНе. Реакции наблюдались с помощью кремниево-стриповых детекторов. Удалось несколько уточнить результаты предыдущих измерений, а именно, сечение реакции при малых энергиях (вне области первичного нуклеосинтеза) оказалось заметно выше, чем считалось ранее. Однако при энергиях первичного нуклеосинтеза результат близок к предшествующим, поэтому он не объясняет наблюдаемое расхождение в количестве 7Li, а лишь слегка смягчает проблему, т.к. с уточненным сечением производство лития уменьшается лишь на 12 %. Вероятно, существуют какие-то дополнительные факторы в производстве 7Li во Вселенной, которые пока не были учтены. Источники: Phys. Rev. Lett. 121 042701 (2018), www.sciencedaily.com

Роль квазичастиц в декогеренции кубитов

K. Serniak (Йельский университет, США) и др. исследовали влияние неравновесных квазичастиц на процессы возбуждения и релаксации в трансмонном кубите. Рождение таких квазичастиц неизбежно происходит в сверхпроводящих алюминиевых устройствах. Измерения показали, что в спектре квазичастиц присутствуют так называемые «горячие» неравновесные квазичастицы с повышенной энергией. При этом наблюдались корреляции между переходами в кубите и событиями туннелирования неравновесных квазичастиц. Эти туннелирования объясняют примерно но 30 % всех событий релаксации кубитов и около 90 % событий их возбуждения. Подтверждено высказывавшееся ранее предположение о том, что остаточное возбуждение кубитов связано с неравновесными квазичастицами. Таким образом, неравновесные квазичастицы являются одним из главных факторов в декогеренции кубита — в разрушении его квантового состояния. Источник: Phys. Rev. Lett. 121 157701 (2018)

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, 1918–2018
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение