Новости физики в Интернете


Поиск реликтовых нейтрино в эксперименте KATRIN

Наша Вселенная заполнена газом из нейтрино ν, оставшимся с ранних космологических эпох. Зарегистрировать эти реликтовые ν пока не представляется возможным из-за их низких энергий и малой концентрации. Тем не менее, ведутся поиски новых методов детектирования и разработка нейтринных телескопов будущего поколения, которые могли бы их регистрировать. Уже существующие детекторы также могли бы зарегистрировать реликтовые ν, если бы по какой-то неизвестной пока причине вблизи нашей Галактики существовало сильное повышение плотности их числа на много порядков по сравнению со средней космологической концентрацией. Такое повышение, но лишь в η = 1,2-20 раз действительно должно иметь место под влиянием гравитации. Новый поиск реликтовых ν выполнен с помощью детектора KATRIN, основной целью которого является измерение массы ν [1]. Эксперимент KATRIN, в котором принимают участие российские исследователи из ИЯИ РАН, является более масштабной версией эксперимента «Троицк ню-масс», проводившегося под руководством акад. В.М. Лобашёва [2]. В KATRIN с помощью кремниевого детектора и электростатической фильтрации измеряется спектр электронов от бета-распадов ядер трития 3H → 3H++e-+анти-νe и по особенностям спектра вблизи максимальной энергии, определяемой кинематикой распада, определяется масса ν [3]. На данный момент получено ограничение mν < 0,8 эВ. Реликтовые ν должны с некоторой вероятностью захватываться ядрами трития, возбуждать их и тем самым влиять на спектр бета-распада. В эксперименте KATRIN в наблюдениях 2019 г. на достигнутом уровне точности подобного влияния не обнаружено. Отсюда сделан вывод, что η < 9,7×1010. Это ограничение в несколько раз лучше, чем ограничения, полученные ранее в экспериментах в Лос-Аламосе и в Троицке. [1] Aker M et al. Phys. Rev. Lett. 129 011806 (2022) [2] Кравчук Л В УФН 191 1249 (2021); Kravchuk L V Phys. Usp. 64 1186 (2021) [3] Шимковиц Ф УФН 191 1307 (2021); Simkovic F Phys. Usp. 64 1238 (2021)

Релятивистские частицы в интерпретации Бома квантовой механики

В нелокальной бомовской интерпретации квантовой механики (в теории де Бройля – Бома) вводятся понятия волны-пилота и реальных траекторий частиц [4]. В случае нерелятивистских частиц предсказания вероятностной копенгагенской и детерминистской бомовской интерпретации согласуются. Однако обобщение бомовской интерпретации на релятивистский случай ранее выполнить не удавалось. В том числе, делался вывод о невозможности ввести в этом случае понятие фотона как частицы. J. Foo (Квинслендский университет, Австралия) и соавторы разработали новый подход, в котором релятивистские частицы рассматриваются с помощью слабых квантовых измерений [5] . Авторам удалось построить бомовское поле скорости, которое имеет релятивистский вид дисперсии и закон сложения скоростей. Важно также, что разработанная теория имеет обычный нерелятивистский предел при малых скоростях частиц. [4] Белинский А В УФН 189 1352 (2019); Belinsky A V Phys. Usp. 62 1268 (2019) [5] Foo J et al. Nature Communications 13 4002 (2022)

Вращение молекул дейтерия в нанокаплях гелия

J. Qiang (Восточно-китайский педагогический университет) и соавторы исследовали вращение молекул D2 внутри нанокапель из сверхтекучего гелия [6]. Нанокапли, состоящие из ≈2000 атомов 4He, получались путём выбрасывания гелия из сопла и допировались молекулами D2. С помощью лазерных импульсов возбуждались вращательные степени свободы молекул D2 и спустя некоторое время производилась их ионизация и диссоциация. На выходе измерялось распределение по импульсам образующихся ионов HeD+. Полученный спектр показал, что D2 находились в суперпозиции вращательных квантовых состояний. Молекулы D2 успевали совершить более 500 оборотов внутри нанокапель. Т.е., продолжительность жизни вращательного уровная с J=2 превышает 100 пс – почти как для свободных молекул в газообразной среде. Таким образом, вращающаяся молекула почти не испытывает сопротивления, аналогично макроскопическим телам в сверхтекучей жидкости. [6] Qiang J et al. Phys. Rev. Lett. 128 243201 (2022)

Вихри в электронной жидкости

В некоторых системах электроны могут взаимодействовать друг с другом сильнее, чем с кристаллической решеткой, и вести себя как вязкая жидкость. Однако ранее напрямую наблюдалось лишь ламинарное движение электронной жидкости (в графене и в WTe2). A. Aharon-Steinberg (Институт Вейцмана, Израиль) и соавторы впервые смогли напрямую наблюдать турбулентные вихри в гидродинамическом потоке электронов [7]. Инструментом для исследований служил сверхпроводящий контакт (СКВИД), смонтированный на игле и располагающийся на расстоянии 50 нм от поверхности исследуемого образца. Это устройство измеряло магнитное поле, создаваемое потоком электронов. Вихри наблюдались в ультрачистом вейлевском полуметалле WTe2, имеющем форму токопроводящей полосы между двумя полуокружностями. Вихревое движение электронов в виде водоворотов возникало при малом размере перешейка. Измеренная по диаграмме стабильности вихрей длина диффузии импульса оказалась в 30 раз меньше, чем даёт теоретическая оценка. [7] Aharon-Steinberg A et al. Nature 607 74 (2022)

Первые наблюдения космического телескопа им. Джеймса Уэбба

Космический телескоп им. Дж. Уэбба, работающий в ИК-диапазоне, был запущен на орбиту 25 декабря 2021 г. и занял положение в точке Лагранжа L2 на расстоянии 1,5 млн. км от Земли. Телескоп имеет сегментированное зеркало диаметром 6,5 м, защитный экран и низкую температуру детектора 7 К (малый собственный шум). По удачной комбинации светочувствительности и разрешения телескоп им. Дж. Уэбба превосходит другие ИК-телескопы. Среди его научных задач – изучение экзопланет в нашей Галактике и ранних галактик в конце эпохи «Тёмных веков». Оптическое излучение этих галактик за счёт космологического красного смещения сдвинуто в ИК-диапазон. 12 июля 2022 г. после калибровки и настройки телескопа представлены первые полноценные (не тестовые) научные данные [8]. Получены изображения галактик, испытавших гравитационное линзирование на массивном скоплении галактик. Среди них галактика с малой металличностью и малым содержанием пыли, наблюдаемая всего через 286 млн. лет после Большого взрыва (z ≈ 14,3). Неожиданным результатом стало то, что на красных смещениях z = 3-6 дисковые галактики составляли половину от числа всех галактик [9]. Это на порядок больше, чем следует из предыдущих оценок, и может свидетельствовать о том, что слияния галактик играли меньшую роль в их эволюции, чем считалось ранее. Получено изображение компактной группы взаимодействующих галактик – Квинтета Стефана. Сфотографирована Туманность Киля с молодыми звездами. Также интересно изображение планетарной туманности диаметром 0,5 св. лет, состоящей из нескольких оболочек. Был измерен спектр звезды с экзопланетой WASP-96 b. В ее атмосфере отмечено наличие водяного газа и облаков. Дальнейшие наблюдения телескопа им. Дж. Уэбба могут дать много ценных сведений об эволюции Вселенной и даже изменить некоторые из устоявшихся представлений. [8] https://webb.nasa.gov/ [9] Ferreira L et al. arXiv:2207.09428 [astro-ph.GA]

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