Новости физики в Интернете


Энтропийное соотношение неопределённостей для времени и энергии

Квантовое соотношение неопределённостей для времени и энергии может быть записано в нескольких вариантах и по-разному интерпретируется. Например, ширина энергетического уровня связывается со временем его жизни до распада. Л.И. Мандельштам и И.Е. Тамм в 1945 г., используя уравнение Шрёдингера, установили связь между временем перехода системы из одного состояния в другое и разностью энергий этих состояний. Полученное ими выражение также имеет вид соотношения неопределённостей. Различие интерпретаций связано, отчасти, с тем, что соотношение неопределённостей время-энергия нельзя записать в виде неравенства Робертсона, т.к. в общем случае не существует эрмитова оператора, соответствующего времени. Ранее уже предпринимались попытки сформулировать соотношения неопределённостей в энтропийной форме, где вместо самих величин фигурирует энтропия состояний или вероятности переходов. Этот подход был успешно реализован для переменных координата-импульс, но для времени и энергии энтропийное соотношение удавалось записать только для почти периодических процессов. P.J. Coles (Лос-Аламосская национальная лаборатория, США) и соавторы в своей теоретической работе получили энтропийное соотношение неопределённостей время-энергия для общего случая не зависящего от времени гамильтониана, описывающего систему. Новое соотношение имеет вид неравенства, в котором сумма условных энтропий, связанных с состояниями по энергии, больше или равна логарифму от меры времени (дискретного или непрерывного). Энтропийное соотношение неопределённостей время-энергия может найти применения в квантовой криптографии. Источник: Phys. Rev. Lett. 122 100401 (2019)

Охлаждение путём квантовых измерений

Классическое охлаждение системы может осуществляться за счёт работы внешней силы (как в обычных холодильниках) или путём сортировки молекул (демон Максвелла). В последнем случае требуется петля обратной связи, по которой передается информация о скоростях молекул. M. Campisi (Университет Флоренции, Италия) и его коллеги показали теоретически, что можно охладить систему путём выполнения над ней квантовых измерений даже без петли обратной связи. Была исследована схема с двумя кубитами, соединёнными с тепловыми резервуарами. Охлаждение осуществляется в два этапа. Сначала выполняются определённые измерения состояний кубитов, а затем происходит обмен энергией между кубитами и резервуарами. Авторы показали, что процесс измерений можно выполнить таким образом, что энергия переходит от холодного резервуара к кубитам и одновременно передается от кубитов горячему резервуару. То есть, имеет место квантовое охлаждение. На практике подобное охлаждающее устройство можно будет реализовать с помощью твердотельных сверхпрводящих кубитов. Источник: Phys. Rev. Lett. 122 070603 (2019)

Второй звук в графите

Второй звук (волнообразный перенос тепла фононами), возможность которого была предсказана Л. Тиссой и Л.Д. Ландау, наблюдался в жидком гелии и в некоторых твердых веществах. Расчёты показывали, что второй звук возможен также в графене и в графите в достаточно широком температурном диапазоне. Группой исследователей из Массачусетского технологического института (США) впервые обнаружен второй звук в поликристаллическом графите с природным изотопным составом при температурах ∼ 85-150 К. Короткие лазерные импульсы вызывали нагрев образца и создавали пространственно-синусоидальное распределение его температуры за счёт интерференции света. Для мониторинга распространения тепла наблюдалась дифракция света непрерывного лазера на колебаниях поверхности образца с высоким разрешением по времени. Область нагрева быстро перемещалась вдоль образца, не изменяя своей ширины. Это говорило о том, что тепло передавалось не обычным диффузионным путём, а волновым образом — посредством второго звука. Данные эксперимента хорошо согласуются с вычислениями «из первых принципов» (решение уравнений Больцмана). В частности, подтверждено, что скорость второго звука в графите заключена между скоростями медленной и быстрой поперечных звуковых волн. Второй звук может иметь важное значение для охлаждения микроэлектронных устройств. Источник: Science, онлайн-публикация от 14 марта 2019 г.

Когерентное поглощение в неупорядоченной среде

В 2011 г. в эксперименте уже был реализован так называемый «антилазер», в котором происходило полное когерентное поглощение света. Однако он был сконструирован на основе регулярной среды — монокристалла сапфира. K. Pichler (Институт теоретической физики Венского технического университета, Австрия) и соавторы впервые создали «антилазер» в неупорядоченной среде, работающий в микроволновом диапазоне. Среда из цилиндрических тефлоновых элементов помещалась в прямоугольный металлический волновод. На этих расположенных хаотически цилиндрах происходило рассеяние электромагнитных волн. Входящий микроволновый сигнал формировался с помощью набора антенн на входе в волновод, а на выходе из волновода регистрировалось прошедшее излучение. В центре волновода помещалась монопольная антенна (металлический штырь), которая поглощала сигнал. Для получения полного поглощения не требуется знать расположение всех неоднородностей среды, а достаточно найти лишь компоненты матрицы рассеяния, размерность которой в данном эксперименте соответствует восьми каналам волновода. Информация о матрице рассеяния, полученная путём предварительных измерений, позволяет сконфигурировать входящий волновой фронт по фазам и амплитудам таким образом, что вектор Умова – Пойнтинга будет направлен по линиям, которые в конечном итоге входят в центральную антенну, в результате чего почти вся энергия поглощается этой антенной. В эксперименте удалось достичь эффективности поглощения 99,78 %. Об истории теоретического исследования «антилазеров» см. в УФН 187 879 (2017). Источник: Nature 567 351 (2019)

Изотропия расширения Вселенной

Наиболее точные тесты изотропии ранней Вселенной выполняются путём наблюдения реликтового излучения, которое отщепилось от вещества в ранние космологические эпохи. Но интересен вопрос об изотропии Вселенной и в более позднее время (z ≤ 1), когда во Вселенной начала доминировать по плотности тёмная энергия. J. Soltis (Мичиганский университет, США) и соавторы разработали новый непараметрический тест статистической изотропии расширения Вселенной и применили его к примерно тысяче сверхновых типа Ia. Для каждой сверхновой использовалась информация о её звёздной величине в зависимости от красного смещения z с поправкой на пекулярные скорости. По вариациям распределения сверхновых по небесной сфере можно судить об изотропии расширения Вселенной. Получено, что среднеквадратическое пространственное изменение параметра Хаббла не превышает 1 % при z ≤ 1 на уровне достоверности 99,7 %, т.е. современная Вселенная с высокой степенью точности расширяется изотропно. Источник: arXiv:1902.07189 [astro-ph.CO]

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, 1918–2019
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение