Новости физики в Интернете


Наблюдение β-фазы сверхтекучего гелия-3

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

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

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

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

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)

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