|
Наблюдение β-фазы сверхтекучего гелия-3
1 февраля 2022
В.В. Дмитриев (ИФП РАН им. П.Л. Капицы) и соавторы впервые выполнили наблюдение фазы β сверхтекучего 3He в нематическом аэрогеле в сильном магнитном поле [1]. В обычных условиях сверхтекучий 3He имеет только две фазы (A и B). Однако в сильном магнитном поле происходит расщепление на новые фазы с различным спиновым составом ансамбля куперовских пар. Если, кроме того, 3He заключен в нематический аэрогель (рыхлую среду из нитей кремнезёма или другого вещества) с сонаправленными нитями, то может возникнуть сильная анизотропия и полярная фаза. В работах Е.В. Суровцева (ИФП РАН и МФТИ) [2, 3] предсказывалось, что в таких условиях при охлаждении 3He должен перейти в так называемую β-фазу вместо чисто полярной фазы, а при дальнейшем охлаждении должен произойти переход в деформированную β-фазу. В новом эксперименте использовался нематический аэрогель из мулита (минерала из класса силикатов) с порами вытянутой формы, в котором слои твёрдого 3He на поверхности нитей были замещены на 4He. Аэрогель прикреплялся к механическому резонатору, и исследовались резонансные свойства этой системы в зависимости от температуры. Переход 3He в ту или иную фазу сопровождался изменением плотности сверхтекучей компоненты и тем самым влиял на резонансную частоту и форму резонансной кривой. Этим методом были зарегистрированы предсказанные переходы в сверхтекучую β-фазу и в деформированную β-фазу. Было установлено, что интервал температур, в котором существует фаза β пропорционален величине магнитного поля. О сверхтекучих фазах 3He в аэрогеле см. также [4].
[1] Dmitriev V V, Kutuzov M S, Soldatov A A, Yudin A N Phys. Rev. Lett. 127 265301 (2021)
[2] Суровцев Е В, ЖЭТФ 155 554 (2019); E.V. Surovtsev, J. Exp. Theor. Phys. 128 477 (2019)
[3] Суровцев Е В, ЖЭТФ 156 1158 (2019); E.V. Surovtsev, J. Exp. Theor. Phys. 129 1055 (2019)
[4] Дмитриев В В, Завьялов В В, Змеев Д Е, Косарев И В, Малдерс Н УФН 173 452 (2003); Dmitriev V V, Zav’yalov V V, Zmeev D E, Kosarev I V Phys. Usp. 46 438 (2003)
Эффект Казимира и необратимая передача энергии
1 февраля 2022
Z. Xu (Университет Пёрдью, США) и соавторы выполнили эксперимент, в котором впервые продемонстрирован необратимый процесс передачи энергии посредством эффекта Казимира (см. [5]) от одного микромеханического осциллятора к другому [6]. Осцилляторы представляли собой два стержня с различными резонансными частотами упругих механических вибраций. В области между стержнями имели место нулевые вакуумные флуктуации электромагнитного поля (эффект Казимира), которые создавали силы, воздействующие на стержни. С помощь переменного электрического поля осуществлялась параметрическая модуляция расстояния между стержнями и сил Казимира, и благодаря этому возникала связь между колебаниями стержней. У одного из стержней (получателя энергии) искусственно вызывалась дополнительная диссипация энергии, что вело к появлению особой точки (exceptional point) в пространстве параметров. Эта точка является границей наличия вещественных значений в спектре гамильтониана, который содержит неэрмитовы члены. При обходе петли в пространстве параметров, от одного стержня к другому передавалось больше энергии, чем в обратном направлении, подобно прохождению электрического тока через диод. Данный эффект может найти полезные применения в микромеханических системах.
[5] Мостепаненко В М, Трунов Н Н УФН 156 385 (1988); Mostepanenko V M, Trunov N N Sov. Phys. Usp. 31 965 (1988)
[6] Xu Z et al. Non-reciprocal energy transfer through the Casimir effect, Nature Nanotechnology (2021)
Квантовая телепортация микроволн
1 февраля 2022
Для построения квантовых компьютеров важную роль играет квантово когерентная передача состояний между разнесенными устройствами, такими как квантовые процессоры. В том числе, желательно передавать неизвестные квантовые состояния путём квантовой телепортации. Однако, в отличие от оптического диапазона, ранее отсутствовал метод передачи распространяющихся квантовых состояний между сверхпроводящими ячейками, работающими на частотах микроволнового диапазона. K.G. Fedorov (Институт Вальтера Мейснера Баварской академии наук и Мюнхенский технический университет, Германия) в своём эксперименте продемонстрировали квантовую телепортацию распространяющихся микроволновых состояний на расстояние 42 см через коаксиальный кабель на несущей частоте 5,435 ГГц путём предварительного сжатия и запутывания состояний фотонов в двух джозефсоновских параметрических усилителях [7]. Аналогичная пара усилителей использовалась для измерений на стороне получателя, где осуществлялась вигнеровская квантовая томография состояний. Была достигнута квантовая точность (fidelity) телепортации F=0,689±0,004$, что превышает порог 2/3 отсутствия клонирования квантовых состояний. Также в эксперименте продемонстрирована телепортация последовательности состояний (алфавита). Этот результат открывает принципиальную возможности создания квантовых микроволновых сетей для квантовой коммуникации и распределённых квантовых вычислений. О квантовых компьютерах см. [8-10]
[7] Fedorov K G et al. Science Advances 7(52) (2021)
[8] Д.Д. Сукачёв УФН 191 1077 (2021); Sukachev D D Phys. Usp. 64 1021 (2021)
[9] И.М. Арбеков, С.Н. Молотков УФН 191 651 (2021); Arbekov I M, Molotkov S N Phys. Usp. 64 617 (2021)
[10] А.С. Трушечкин, Е.О. Киктенко и др. УФН 191 93 (2021);
Trushechkin A S, Kiktenko E O, Kronberg D A, Fedorov A K Phys. Usp. 64 88 (2021)
«Закрученные» N00N состояния фотонов
1 февраля 2022
Состояниями N00N называют суперпозицию N фотонов в двух ортогональных модах (|N,0〉 +|0,N〉)/√2. Изменение фазы N00N при внешнем воздействии в N раз больше, чем у 1-фотонных состояний, поэтому эти состояния интересны в метрологических и других приложениях. Группой исследователей из Финляндии и Канады выполнен новый эксперимент [11], в котором преимущество N00N состояний комбинируется с возможностями «закрученных» (twisted) состояний, имеющих орбитальные угловые моменты. Это позволило, наряду с чувствительностью к изменениям фазы, получить высокую чувствительность в измерении углов. Сначала два квантово запутанных фотона пропускались через разные участки пространственного модулятора. Затем структурированные фотоны снова сходились в сплиттере и попадали во второй модулятор, который имитировал измеряемую систему. В итоге, фотоны пропускались через интерферометр Маха – Цандера и регистрировались. Применялись состояния фотонов с N=1 и 2 и с орбитальными угловыми моментами до 100h/(2π). Измерения показали, что увеличение N и орбитального углового момента повышает точность измерения углов и чувствительность детектора в соответствии с теоретическими расчётами.
[11] Hiekkamäki M, Bouchard F, Fickler R Phys. Rev. Lett. 127 263601 (2021)
Двойной пульсар и проверка Общей теории относительности
1 февраля 2022
Путём длительного наблюдения двойного радиопульсара пульсара PSR J0737-3039A/B на нескольких телескопах удалось выполнить новую проверку предсказаний Общей теории относительности (ОТО) в области сильных полей [12]. Нейтронные звезды образуют пару с достаточно коротким орбитальным периодом 2,45 часа, их орбита имеет ненулевой эксцентриситет e=0,088$, а плоскость орбиты оптимально ориентирована по отношению к лучу зрения. Это делает двойной пульсар PSR J0737-3039A/B удобной системой для проверки ряда релятивистских эффектов. С помощью атомных часов измерялось время прихода импульсов, в котором содержится информация о свойствах пульсаров и их гравитационного поля. Были измерены семь релятивистских посткеплеровских поправок. Некоторые релятивистские эффекты удалось выявить впервые. Зарегистрировано отклонение импульсов в гравитационном поле компаньона, что позволило определить направление вращения пульсаров. Наблюдалось изменение орбиты за счёт уменьшения эффективной массы пульсара из-за замедления его вращения. Измерена угловая скорость вращения периастра. Достигнутая точность позволяет уже видеть влияние уравнения состояния нейтронной звезды на спин-орбитальную связь в двойной системе. Скорость изменения периода орбиты за счёт излучения гравитационных волн соответствует формулам для квадрупольного приближения с точностью 1,3×10−4. Тем самым, были ещё раз подтверждены предсказания ОТО и ограничены некоторые альтернативные теории гравитации. О радиопульсарах см. [13, 14].
[12] Kramer M et al. Phys. Rev. X 11 041050 (2021)
[13] Бескин В С УФН 188 377 (2018); Beskin V S Phys. Usp. 61 353 (2018)
[14] Бескин В С, Истомин Я Н, Филиппов А А УФН 183 179 (2013); Beskin V S, Istomin Ya N, Philippov A A Phys. Usp. 56 164 (2013)
|
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 |