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, 1918–2022
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение