Новости физики в Интернете


Генерация энтропии при непрерывном измерении

Исследование связи энтропии и информации важно как с принципиальной точки зрения, так и для приложений в нанотехнологиях. В малых масштабах велика роль флуктуаций и квантовых эффектов, что вносит новые черты в поведение систем. В отличие от разовых измерений, влияние непрерывных квантовых измерений, в каждый момент обусловливающих дальнейшую эволюцию системы, на общий баланс энтропии ранее экспериментально не изучалось. M. Rossi (Копенгагенский университет, Дания) и соавторы впервые выполнили такое исследование [1]. С помощью пробного луча лазера гомодинным методом непрерывно наблюдалось положение колеблющейся мембраны в оптическом резонаторе, что позволило регистрировать индивидуальные квантовые траектории данной оптомеханической системы. По форме квантовых траекторий найдено производство энтропии, обусловленное непрерывным процессом измерения как в стационарном случае, так и при релаксации после короткого воздействия на систему, и было отмечено большое влияние флуктуаций на этот процесс. О квантовых измерениях см. в [2,3] [1] Rossi M et al. Phys. Rev. Lett. 125 080601 (2020) [2] Кадомцев Б Б УФН 165 967 (1995); Kadomtsev B B Phys. Usp. 38 923 (1995) [3] Жёлтиков А М УФН 188 1119 (2018); Zheltikov A M Phys. Usp. 61 1016 (2018)

Взаимодействие двух временных кристаллов

В экспериментах уже были продемонстрированы временные кристаллы, предсказанные F. Wilczek [4] в 2012 г. Их свойства повторяются во времени, подобно периодическому расположению атомов в обычном кристалле. S. Autti (Университет Аалто, Финляндия и Ланкастерский университет, Великобритания) и соавторы впервые исследовали взаимодействие двух временных кристаллов между собой [5]. Временные кристаллы были созданы в бозе-эйнштейновском конденсате магнонов в сверхтекучей фазе «B» жидкого гелия-3, находящегося при температуре 130 мкК в магнитном поле. Один из временных кристаллов возникал в объёме конденсата, а второй — на поверхности. С помощью методики ядерного магнитного резонанса наблюдались характерные периодические движения временных кристаллов, связанные с когерентной спиновой прецессией. Между кристаллами имелся перешеек, по которому происходил обмен магнонами. Это вызывало джозефсоновские колебания с частотой, равной разности частот двух временных кристаллов. Дополнительное взаимодействие кристаллов возникало за счёт того, что объёмный кристалл вносил возмущения в потенциал, удерживающий поверхностный кристалл. Наблюдаемое поведение взаимодействующих временных кристаллов было успешно воспроизведено в численном моделировании. В будущем станет возможным исследовать и более сложные взаимодействия временных кристаллов, включая их столкновения. О бозе-эйнштейновской конденсации магнонов см. в [6]. [4] Wilczek F Phys. Rev. Lett. 109 160401 (2012) [5] Autti S, Heikkinen P J, Mäkinen J T, Volovik G E, Zavjalov V V, Eltsov V B Nature Materialsonline publication on August 17, 2020 [6] Каганов М И, Пустыльник Н Б, Шалаева Т И УФН 167 191 (1997); Kaganov M I, Pustyl’nik N B, Shalaeva T I Phys. Usp. 40 181 (1997)

Исследования квантовых состояний молекул

K. Najafian (Базельский университет, Швейцария) и соавторы разработали новую методику фазово-чувствительных измерений структуры квантовых уровней в молекулах при их взаимодействии с другими молекулами в оптическом поле [7]. Исследуемые молекулярные ионы 14N2+ и вспомогательные ионы 40Ca+ были помещены в оптическую решётку, формируемую лучами лазера. На 14N2+ действовали две переменные силы, разность фаз которых можно было изменять в эксперименте, регистрируя при этом штарковский сдвиг уровней. Исследования, проведенные при различных вращательных состояниях молекул 14N2+, позволили классифицировать их электронные и колебательные уровни. Новая методика может оказаться полезной для исследования молекул с плотным расположением квантовых уровней, когда применение обычных спектроскопических методов затруднительно. О взаимодействии молекул с лазерным излучением см. в [8]. [7] Najafian K et al. Nature Communications 11 4470 (2020) [8] Исаев Т А УФН 190 313 (2020); Isaev T A Phys. Usp. 63 289 (2020)

Квантовая астрономия

В последние годы были выполнены эксперименты по квантовой телепортации состояний частиц, в том числе на расстояние в тысячи км со спутника на Землю. A. Berera (Эдинбургский университет, Великобритания) рассмотрел теоретически вопрос о том, какое максимальное расстояние могут преодолевать фотоны в межзвёздной среде, сохраняя квантовую когерентность [9], например, являясь фотонами квантово запутанной пары. По пути в Галактике фотоны взаимодействуют со свободными электронами, с атомами и молекулами, а также с фотонами межзвёздного фона. Рассмотрение этих элементарных процессов приводит к выводу о том, что фотоны радиодиапазона могут без рассеяния преодолевать расстояния от ≈ 100 до ≈ 106 пк, превышающее в последнем случае размер Галактики. Дополнительной помехой, приводящей к вращению плоскости поляризации (разрушению когерентности по спиновым состояниям) могут служить межзвёздные магнитные поля. Ещё большие, космологические расстояния могут преодолевать фотоны рентгеновского излучения. Не исключено, что в космосе есть объекты, при наблюдении которых может быть выявлена квантовая когерентность их излучения, например, гипотетические космические струны или испаряющиеся первичные чёрные дыры. [9] Berera A arXiv:2009.00356 [hep-ph]

Гравитационные волны от слияния рекордно массивных чёрных дыр

Два гравитационно-волновых детектора, LIGO и детектор Virgo, зарегистрировали [10] гравитационный всплеск GW190521, который произошёл от слияния чёрных дыр (ЧД) с массами 85+21−14M и 66+17−18M на красном смещении z≈ 0,8. Отношение сигнал/шум в данном наблюдении составляет 14,7. Масса большей ЧД, а также общая масса двух ЧД ≈ 150M являются рекордно большими среди всех событий LIGO/Virgo, зарегистрированных до сих пор. По существующей классификации итоговая ЧД с массой ≈ 142M, возникшая в результате слияния и излучения гравитационных волн, является ЧД промежуточной массы — между массами ЧД звёздного происхождения и массами сверхмассивных ЧД в ядрах галактик. Происхождение наиболее массивной из двух слившихся ЧД пока не ясно, т.к. образование ЧД такой массы при эволюции звезды маловероятно из-за эффекта парной нестабильности. Возможно, сама эта ЧД ранее образовалась в результате слияния двух ЧД с меньшими массами. О свойствах двойных ЧД по данным наблюдений LIGO/Virgo см. в [11]. [10] Abbott R et al. Phys. Rev. Lett. 125 101102 (2020) [11] Постнов К А, Куранов А Г, Митичкин Н А УФН 189 1230 (2019); Postnov K A, Kuranov A G, Mitichkin N A Phys. Usp. 62 1153 (2019)

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, 1918–2020
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение