RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 12, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Новости физики в Интернете


Поиск стерильных нейтрино

В эксперименте BEST (Baksan Experiment on Sterile Transitions), выполняемом в Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН, получены новые данные, подтверждающие наличие так называемой «галлиевой аномалии» (дефицита электронных нейтрино), которая может свидетельствовать о существовании стерильного нейтрино νs [1]. Галлиевая аномалия ранее была обнаружена в экспериментах SAGE и GALLEX по регистрации нейтрино от Солнца на основе реакции 71Ga(νe,e−) 71Ge. Во время калибровки детекторов радиоактивными источниками темп счёта оказался ниже, чем ожидалось. Возможным объяснением служит превращение (осцилляции) части электронных нейтрино в стерильные нейтрино νe→νs, не участвующие напрямую в слабых взаимодействиях. Гипотетические νs пока достоверно не обнаружены, но некоторые указания на их существование были получены в осцилляционных экспериментах. Достаточно массивные νs также могли бы составлять «тёплую» тёмную материю во Вселенной. В новом галлиевом эксперименте BEST В.Н. Гаврин (Институт ядерных исследований РАН) и его коллеги регистрировали нейтрино от радиоактивного источника 51Cr с хорошо известной активностью, подготовленного на реакторе в Димитровграде. В детекторе BEST применялись два объёма галлия на различных средних расстояниях до источника. Наличие двух длин осцилляции снижает теоретические неопределенности. Также при интерпретации результатов использовалось уточненное сечение реакции — это даёт большую уверенность в том, что все ядерно-физические процессы учитываются корректно. Дефицит νe по новым измерениям составил 20-24 %, а общая достоверность наличия галлиевой аномалии увеличилась от 2-3 σ до более чем 5 σ [2]. Тем самым, повышается вероятность существования νs, если не будут найдены другие причины расхождения. При этом наиболее вероятными значениями массового параметра и угла смешивания νs являются Δ m2≈1,25 эВ2 и sin2θ≈0,34 (с учётом данных SAGE и GALLEX). В другом эксперименте BeEST (Beryllium Electron capture in Superconducting Tunnel junctions) впервые получено ограничение на νs с использованием β-распадов 7Be→7Li [3]. Ядра 7Be были внедрены в квантовый сенсор, представляющий собой сверхпроводящий туннельный контакт. Наблюдались распады с захватом одного из электронов с электронной оболочки в ядро атома. При этом вылетает (не регистрируемое в эксперименте) нейтрино, а ядро получает отдачу. Энергия отдачи возбуждает электроны, вызывая тем самым скачки туннельного тока. В спектре энергии отдачи наблюдались четыре пика, соответствующие основным и возбуждённым состояниям ядер 7Li. При наличии νs спектр должен был бы получить искажения. На достигнутом уровне точности этот эффект не обнаружен. Полученное ограничение на элемент матрицы смешивания νe с νs в интервале масс 100-850 кэВ на порядок величины лучше, чем ограничения по данным других экспериментов. Поиск νs проводится также в эксперименте NOvA, в котором принимают участие учёные из ИЯИ РАН, ОИЯИ и ФИАНа [4]. Измерения выполняются с помощью двух детекторов на расстояниях 1 и 810 км от ускорительного источника антинейтрино в Фермилабе, но осцилляций в νs пока не обнаружено. Отсутствие заметного вклада νs позволило получить дополнительные ограничения на углы смешивания и массовые параметры. Для достоверных выводов о существовании νs требуются дальнейшие исследования. [1] Barinov V V et al., arXiv:2109.11482 [nucl-ex] [2] Barinov V, Gorbunov D, arXiv:2109.14654 [hep-ph] [3] Friedrich S et al. Phys. Rev. Lett. 126 021803 (2021) [4] Acero M A et al. Phys. Rev. Lett. 127 201801 (2021)

Взаимодействие φ-мезонов с протонами

В рамках квантовой хромодинамики предсказывается сдвиг массы адронов в ядерной среде за счёт частичного восстановления киральной симметрии. Некоторые свидетельства этого эффекта были получены в экспериментах с φ-мезонами, однако полученные данные сложно интерпретировать из-за теоретических и экспериментальных неопределенностей в механизме взаимодействия φ-мезонов с нуклонами. В эксперименте ALICE, выполняемом на Большом адронном коллайдере, исследовались pp-столкновения с энергией в системе центра масс 13 ТэВ и наблюдались процессы взаимодействия рождавшихся φ-мезонов с протонами [5]. Установлено, что взаимодействие φp имеет характер притяжения и основной вклад в него дают упругие процессы, а неупругие составляют лишь <0,17 %. Из результатов измерения двхчастичных корреляционных функций частиц была найдена константа взаимодействия gN-φ=0,14±0,03(стат.)±0,02(сист.). Возможно, что эти новые данные помогут прояснить различные эффекты, связанные со взаимодействием φ-мезонов с нуклонами. В эксперименте ALICE принимают участие российские исследователи из ИЯФ СО РАН, ИЯИ РАН, ОИЯИ, МФТИ, НИЦ «Курчатовский институт» (включая ИТЭФ, ГНЦ ИФВЭ и ПИЯФ), МИФИ, РФЯЦ-ВНИИЭФ и СПбГУ. [5] Acharya S et al. Phys. Rev. Lett. 127 172301 (2021)

Фотоядерная реакция γn→K0Σ0

В эксперименте BGOOD, выполняемом в Боннском университете при участии российских исследователей из ПИЯФ и ИЯИ РАН, измерено сечение реакции γn→K0Σ0 вблизи порога K* [6]. При энергии ≈2050 МэВ обнаружен пик, который может соответствовать мультикварковому векторному мезон-барионному резонансу. Эта модель была предложена A. Ramos и E. Oset в 2013 г. для сектора uds-кварков. Аналогичная модель в виде пентакварковой конфигурации в секторе чармированных тяжёлых кварков привлекалась ранее для объяснения PC-состояний, наблюдавшихся в эксперименте LHCb на Большом адронном коллайдере. В эксперименте BGOOD мишени из жидкого водорода и дейтерия облучались гамма-квантами тормозного излучения, генерируемого пучком электронов. Продукты реакций наблюдались с помощью магнитных спектрометров, трековых и пластиковых сцинтилляционных детекторов. Частицы-кандидаты K0 отбирались путём регистрации пар фотонов от распадов K0S→π0π0→(γγ)(γγ), а также применялись другие критерии селекции. В рамках статистических неопределенностей, пик при 2050 МэВ соответствует модели A. Ramos и E. Ose. Тем самым, возможно, впервые было обнаружено мультикварковое состояние в секторе легких кварков. Однако, поскольку не исключены альтернативные интерпретации, требуется дополнительный набор статистики и новые эксперименты. О ядерной фотонике см. [7,8]. [6] Kohl K et al., arXiv:2108.13319 [nucl-ex] [7] Недорезов В Г, Туринге А А, Шатунов Ю М, УФН 174 353 (2004); Nedorezov V G, Turinge A A, Shatunov Yu M Phys. Usp. 47 341 (2004) [8] Недорезов В Г, Рыкованов С Г, Савельев А Б, «Ядерная фотоника. Результаты и перспективы», УФН, принята к публикации; Nedorezov V G, Rykovanov S G, Savel’ev A B, “Nuclear photonics. Results and prospects”, Phys. Usp., accepted

Дифракционный метод измерения силы Казимира – Полдера

Сила Казимира – Полдера возникает между отдельным атомом и поляризуемой поверхностью за счёт квантовых флуктуаций электромагнитного поля. Измерение этой силы интересно как с фундаментальной точки зрения для поиска новых взаимодействий в нанометровых масштабах, так и может оказаться важным для микроэлектромеханических систем. C. Garcion (Университет Сорбонна Париж Север, Франция) и соавторы в своем эксперименте продемонстрировали новый способ измерения силы Казимира – Полдера на масштабах ≈15-51 нм в процессе интерференции пучка атомов на плоской дифракционной решётке [9]. Идея их метода заключается в том, что при сближении атома с решёткой на атом действует сила Казимира – Полдера, что ведет к уменьшению эффективной ширины щелей решётки, а это, в свою очередь, влияет на интерференционную картину. Решётка была создана методом электронной литографии в пластине Si3N4 толщиной 100 нм на площадке 1×1 мм2. На решётку направлялся пучок метастабильных атомов аргона со скоростями ≈20 м с−1. Интерференционная картина, регистрирумая детектором позади пластины, соответствовала основному вкладу от потенциала Казимира – Полдера, причём были заметны отклонения на уровне 15 %, объясняемые вкладом потенциала ван дер Ваальса. Тем самым, эксперимент продемонстрировал высокую чувствительность нового дифракционного метода. [9] Garcion C et al., Phys. Rev. Lett. 127 170402 (2021)

Низкоэнергетические возбуждения в Cu3Zn(OH)6FBr

Y. Wei (Пекинская национальная лаборатория физики конденсированных сред и Институт физики Китайской академии наук) исследовали удельную теплопроводность при низких температурах соединения Cu3Zn(OH)6FBr [10]. Предполагается, что в этом поликристалле имеет место состояние квантовой спиновой жидкости, однако для достоверных выводов требуются более детальные исследования. В частности, помочь прояснить картину может изучение элементарных возбуждений в Cu3Zn(OH)6FBr при низкой температуре. Исследователи обнаружили, что при уменьшении температуры при ≈4 К на графике теплопроводности имеется плечо, а при дальнейшем охлаждении теплопроводность принимает степенной вид ∝T1,7. Это поведение лучше всего объясняется взаимодействием вихревых возбуждений — визонов с магнитными примесями. Данный эффект напоминает изменение длины когерентности в модели Пиппарда для сверхпроводников и может свидетельствовать о дальней квантовой запутанности возбуждений. [10] Wei Y et al., Chinese Physics Letters 38 097501 (2021)

Микролазер на основе ленты Мёбиуса

Y. Song (Университет Париж-Сакле, Франция и Университет Ланьчжоу, Китай) и соавторы исследовали микролазер, резонатор которого представляет собой полимерное кольцо в виде ленты Мёбиуса радиусом ≈50 мкм, изготовленное из фоторезиста IP-G780 методом прямой лазерной литографии [11]. Фоторезист был допирован по объёму частицами красителя (активной средой), а накачка осуществлялась с помощью вспомогательного лазера в поперечном направлении. Измеренный с помощью спектрометра и CCD-камеры набор мод генерации лазерного излучения отличается от набора круговых мод в обычных кольцевых микролазерах (мод «шепчущей галереи») и соответствует периодическим геодезическим (кратчайшим траекториям) света на односторонней ленте Мёбиуса. [11] Song Y et al., Phys. Rev. Lett. 127 203901 (2021)

Протонная терапия

В ИЯИ РАН, как и в ряде других российских научных центров, много лет ведётся работа по темам ядерно-физической медицины. Одним из направлений является протонная лучевая терапия — использование пучков протонов для лечения онкологических заболеваний. Протонные пучки позволяют, изменяя энергию ускорителя, выбирать место остановки протонов с максимальной поглощённой дозой и минимизировать облучение окружающих здоровых тканей. Коллектив авторов из ИЯИ РАН разработал концепцию компактных линейных ускорителей для протонной терапии. Целью является получение импульсного пучка протонов с максимальной энергией до 230 МэВ и сечением порядка мм. Было выполнено численное моделирование, с использованием Geant4, воздействия моноэнергетического пучка протонов на ткани [12]. В этих расчётах были оценены характеристики распределения доз облучения. Оптимальным вариантом для формирования дозового поля в области опухоли является магнитная сканирующая система. О ядерной медицине см. [13 - 18]. [12] Овчинникова Л и др., Труды XXVII Российской конференции по ускорителям заряженных частиц RuPAC 2021, стр. 182; Ovchinnikova L et al., “Effect of a Proton Beam from a Linear Accelerator for Radiation Therapy”, in Proc. RuPAC'21 (2021) pp. 182-185 [13] Кравчук Л В, УФН 180 665 (2010); Kravchuk L V, Phys. Usp. 53 635 (2010) [14] Кравчук Л В, УФН 191 1249 (2021); Kravchuk L V, Phys. Usp. 64(12) (2021) [15] Акулиничев С В, УФН 184 1363 (2014); Akuliniche S V, Phys. Usp. 57 1239 (2014)) [16] Жуйков Б Л УФН 186 544 (2016); Zhuikov B L Phys. Usp. 59 481 (2016) [17] Клёнов Г И, Хорошков В С, УФН 186 891 (2016); Klenov G I, Khoroshkov V S Phys. Usp. 59 807 (2016) [18] Жуйков Б Л, Ермолаев С В УФН 191 1387 (2021); Zhuikov B L, Ermolaev S V Phys. Usp. 64(12) (2021)

Нейтрино от Луны

Потоки заряженных частиц (космических лучей), падающие на атмосферу Земли, вызывают рождение «атмосферных» нейтрино. Аналогично, столкновение космических лучей с лунным грунтом ведёт к генерации адронных каскадов и «лунных» ν. Рождение в этом процессе ν с энергиями более 10 ГэВ ранее уже рассматривалось, в том числе, в работах исследователей из ИЯИ РАН Г.Т. Зацепина и Л.В. Волковой, и было показано, что поток таких ν от Луны на 2-4 порядка меньше потока атмосферных ν. Сотрудники ИЯИ РАН и МФТИ С.В. Демидов и Д.С. Горбунов выполнили теоретический расчёт потока ν от Луны в области меньших энергий 10 МэВ-10 ГэВ [19]. Рождающиеся в адронных каскадах пионы и каоны замедляются в лунном реголите. В результате, при распадах этих частиц в низкоэнергетическом спектре лунных ν возникает заметная монохроматическая компонента. Оказалось, что при энергии <53 МэВ поток лунных ν может на порядок превышать поток атмосферных ν, но лишь в направлении на Луну. Зарегистрировать ν от Луны, возможно, удастся следующим поколениям нейтринных телескопов. Выделить лунные ν над фоном может помочь направление их прихода, вариации потока на 12 % при движении Луны по эллиптической орбите вокруг Земли, а также форма спектра. [19] Demidov S, Gorbunov D, Phys. Rev. D 104 043023 (2021)

Горизонты сливающихся чёрных дыр

В последние годы гравитационно-волновыми детекторами LIGO/Virgo были обнаружены события слияния чёрных дыр (ЧД). Исследователи из Германии и Канады D. Pook-Kolb, R.A. Hennigar и I. Booth разработали новый метод идентификации ловушечных поверхностей света в численных расчётах и с его помощью проследили поведение горизонтов при слиянии ЧД с разными массами [20]. Оказалось, что после столкновения ЧД их горизонты видимости взаимопроникают, появляется общий внешний горизонт видимости, стремящийся с течением времени к горизонту событий, а внутренний горизонт видимости движется к центру до своего разрушения ловушечными поверхностями. В некотором смысле, меньшая ЧД продолжает существовать внутри большей. В нестационарной геометрии появляется большое число таких пересекающихся ловушечных поверхностей, и их число стремится к бесконечности. В работе исследована устойчивость ловушечных поверхностей и обнаружено, что стабильными остаются только три из них, совпадающие с горизонтами. [20] Pook-Kolb D, Hennigar R A, Booth I, Phys. Rev. Lett. 127 181101 (2021)

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, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение