RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 4, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Новости физики в Интернете


Распределение массы внутри протона

За распределение электрического заряда и спина внутри протона ответственны, в основном, кварки. Напротив, распределение массы внутри протона определяется главным образом глюонами– их цветовым взаимодействием, поскольку сумма масс одних только кварков значительно меньше массы протона. Характер распределения массы внутри протона называют также гравитационным форм-фактором, т.к. масса определяет гравитационное взаимодействие. Глюоны не несут заряда и поэтому не могут быть изучены непосредственно по рассеянию электронов. Однако недавно был предложен метод [1], позволяющий найти распределение массы путём измерения дифференциального сечения фоторожденя мезонов J/ψ вблизи порога. Данный способ можно образно представить как зондирование протона цветовым диполем. С его помощью в Лаборатории им. Т. Джефферсона впервые определён гравитационный форм-фактор протона [2]. Жидкий водород освещался пучком тормозного излучения, при рассеянии фотонов на протонах рождались короткоживущие мезоны J/ψ, и измерялся энергетический спектр e+e− пар, рождавшихся при их распадах. Найденный массовый радиус протона оказался значительно меньше его зарядового радиуса [3]. Кроме того, в эксперименте определена следовая аномалия тензора энергии-импульса протона, которая несёт ценную информацию о кварк-глюонных взаимодействиях. [1] Kharzeev D E Phys. Rev. D 104 054015 (2021) [2] Duran B et al. Nature 615 813 (2023) [3] Хабарова К Ю, Колачевский Н Н УФН 191 1095 (2021); Khabarova K Yu, Kolachevsky N N Phys. Usp. 64 1038 (2021)

Поиск когерентного рассеяния частиц тёмной материи на ядрах

Природа тёмной материи (ТМ) во Вселенной пока не выяснена. Часто предполагается, что она состоит из новых элементарных частиц. Поскольку поиск слабовзаимодействующих массивных частиц ТМ (Вимпов) пока не дал результата, актуальным становится поиск более легких частиц с массами менее ГэВ, которые не могли быть зарегистрированы на детекторах, предназначенных для поиска Вимпов. Для легких частиц появляется возможность их когерентного рассеяния на атомных ядрах, когда частица взаимодействует сразу со всем ядром, а не с отдельными нуклонами внутри ядра. Ранее в эксперименте COHERENT в Ок-Риджской национальной лаборатории (США) уже было зарегистрировано когерентное взаимодействие нейтрино с ядрами. В новом эксперименте коллаборации COHERENT [4] выполнен поиск когерентного взаимодействия частиц ТМ с массами 1-220 МэВ, предположительно рождающихся на ускорителе, с атомными ядрами детектора. Использовался детектор из сцинтиллятора CsI[Na] весом 14,6 кг, чувствительный к энергии отдачи ядер ≥9 кэВ. Поиск когерентных взаимодействий частиц ТМ пока не дал результата, но получены новые ограничения на свойства частиц. В интервале масс 20-33 МэВ эти ограничения уже перекрываются с ограничениями, следующим из космологии. [4] Akimov D et al. Phys. Rev. Lett. 130 051803 (2023)

Дифракция на временных щелях

В знаменитом опыте Юнга свет испытывал дифракцию при прохождении через две щели, и на экране за щелями наблюдалась пространственная интерференционная картина. Однако M. Moshinsky еще в 1952 г. указал на то, что интерференция возможна и в фурье-пространстве. Если сигнал, занимающий некоторую полосу частот, пройдет через два временных «окна», разделенные интервалом времени, то в его частотном спектре должны появиться осцилляции. R. Tirole (Имперский колледж Лондона, Великобритания) и соавторы впервые продемонстрировали этот эффект для электромагнитного излучения оптического диапазона [5]. Для создания временных щелей применялся тонкий слой оксида индия и олова ITO на стеклянной подложке. На него с интервалом 225 фс воздействовали два световых импульса накачки с частотой вблизи нуля диэлектрической проницаемости (227 ТГц). Под их воздействием коэффициент отражения слоя изменялся от обычного значения 0,08 до величины 0,6. Исследовалось отражение света с частотой 230,2 ТГц, шириной полосы 1 ТГц и длительностью 794 фс, перекрывающей две временные щели. В частотном спектре отражённого света, игравшем роль экрана, появлялись до шести осцилляций, соответствующих интерференции. Также обнаружено, что оптические свойства слоя ITO могут изменяться значительно быстрее, чем считалось ранее, всего за 1-10 фс. Это свойство открывает новые возможности для сверхбыстрой обработки оптических сигналов. [5] Tirole R et al. Nature Physics, онлайн-публикация от 3 апреля 2023 г.

Нелокальная квантовая интерференция без квантовой запутанности

Обычно считается, что для нелокальной квантовой интерференции между пространственно разнесёнными системами требуется квантовая запутанность этих систем. K. Qian (Нанкинский университет, Китай) впервые продемонстрировали, что это условие не является необходимым [6]. В основе их эксперимента лежит использование фотонов, которые в эксперименте не детектируются, но могут детектироваться в принципе. Эксперимент был выполнен с помощью источника фотонов, нелинейных кристаллов, фотоделителя, детекторов и ряда вспомогательных элементов. Получена нелокальная интерференция трёх фотонов с помощью подстройки фазы четвёртого нерегистрируемого фотона, представляющего собой часть полной квантовой системы. Данное явление может найти применение в фотонных квантовых компьютерах [7]. [6] Qian K et al. Nature Communications 14 1480 (2023) [7] Валиев К А УФН 175 3 (2005); Valiev K A Phys. Usp. 48 1 (2005)

Сегнетоэлектричество в простом веществе

Как правило, явление сегнетоэлектричества (спонтанной поляризации в отсутствии внешнего электрического поля) имеет место в веществах, состоящих из двух и более различных элементов. Оно обусловлено относительным смещением зарядов в различными атомах. J. Gou (Национальный университет Сингапура) и соавторы впервые обнаружили сегнетоэлектричество у простого вещества, состоящего из атомов лишь одного элемента [8]. Тонкий слой висмута на графитовой подложке находился в состоянии, напоминающем чёрный фосфор в анизотропной α-фазе. Атомы висмута в решетке могли находиться в одном из двух состояний с разной конфигурацией химических связей. При сдвиге атомов, находящихся в одном состоянии, относительно атомов в другом состоянии, происходило перераспределение заряда и в плоскости образца возникала поляризация. Тем самым, два состояния одинаковых атомов имитировали наличие двух элементов. С помощью иглы сканирующего туннельного микроскопа в плоскости образца создавалось электрическое поле, которое вызывало переключение сегнетоэлектрических свойств. При этом наблюдалось движение доменных стенок между областями с разной поляризацией. [8] Gou J et al. Nature, онлайн-публикация от 5 апреля 2023 г.

Вихри в сверхпроводящем диодном эффекте

Недавно у некоторых веществ был обнаружен сверхпроводящий диодный эффект, когда критический ток зависит от направления, определяемого внешним магнитным полем, но надёжное теоретическое объяснение данного эффекта отсутствовало. В новом эксперименте A. Gutfreund (Еврейский университет в Иерусалиме) и соавторов в бислое Nb/EuS (сверхпроводник/ферромагнетик) в магнитном поле наблюдалась асимметричная динамика сверхпроводящих вихрей, ответственная, по-видимому, за диодную асимметрию [9]. Измерения производились с помощью сверхпроводящего контакта (СКВИДа), закреплённого на игле микроскопа, а бислой Nb/EuS представлял собой брусок в конфигурации, обычно используемой для наблюдения эффекта Холла. Поток вихрей в бруске наблюдался как с помощью прямых локальных измерений, так и по макроскопическим характеристикам образца. На основе этих измерений была построена модель сверхпроводящего диодного эффекта, дающая его объяснение посредством динамики вихрей и не требующая возникновения состояний Фульде – Феррелла – Ларкина – Овчинникова, как это предполагалось в некоторых моделях. [9] Gutfreund A et al. Nature Communications 14 1630 (2023)

Обобщение теории Монина – Обухова

Автомодельная (самоподобная) теория атмосферной турбулёнтности, предложенная Мониным и Обуховым в 1954 г. [10], широко используется в расчётах разнообразных атмосферных явлений. Однако применимость теории, особенно в горных районах, ограничена предположением об однородности атмосферы в горизонтальном направлении. I. Stiperski (Инсбрукский университет, Австрия) и M. Calaf (Университет Юты, США), основываясь на большом объёме эмпирических данных, предложили обобщение теории Монина – Обухова [11], добавив в нее анизотропные члены, учитывающие неоднородности местности. Фитирование по данным 13 массивов наблюдений атмосферной турбулёнтности, выполненных в регионах с различным рельефом, позволило определить параметры модели и представить удобные для расчётов итоговые соотношения. Они позволяют проводить вычисления эффектов переноса импульса, тепла и примесей в атмосфере при различном рельефе местности. О влиянии атмосферной турбулёнтности на оптические наблюдения см. [12]. [10] Монин А С УФН 67 119 (1959); Sov. Phys. Usp. 2 50 (1959) [11] Stiperski I, Calaf M Phys. Rev. Lett. 130 124001 (2023) [12] Лукин В П УФН 191 292 (2021); Lukin V P Phys. Usp. 64 280 (2021)

Турбулёнтность в бозе-эйнштейновском конденсате

Турбулёнтность, имеющая место во множестве процессов, может возникать и в конденсате Бозе – Эйнштейна, если вывести его из состояния равновесия. В отличие от гидродинамической турбулёнтности, в данном случае имеет место волновая турбулёнтность, связанная со взаимодействием хаотического набора волн в разных масштабах. Y. Zhu (Университет Лазурного берега, Франция) и соавторы из Франции и России исследовали турбулёнтность в конденсате Бозе – Эйнштейна теоретически и с помощью численных экспериментов [13]. Их модель основана на волновом кинетическом уравнении, которое было выведено в работе [14] и применялось для описания бозе-звезд и аксионных миникластеров. Необычным свойством турбулёнтности в бозе-эйнштейновском конденсате оказалось наличие не только прямого потока энергии от больших масштабов к малым масштабам, но и потока в обратном направлении. Для численного моделирования с высоким разрешением применялась модель Гросса – Питаевского и получено хорошее согласие с теорией. Созданная модель турбулёнтности успешно описывает имеющиеся экспериментальные данные, в том числе, объясняет наблюдаемый показатель степени спектра k−3,5 посредством логарифмических поправок. [13] Zhu Y, Semisalov B, Krstulovic G, Nazarenko S Phys. Rev. Lett. 130 133001 (2023) [14] Semikoz D V, Tkachev I I Phys. Rev. Lett. 74 3093 (1995)

Пики плотности тёмной материи вокруг чёрных дыр?

Согласно теоретическим расчетам, вокруг чёрных дыр (ЧД) могут возникать сгущения и пики плотности тёмной материи (ТМ). Структура пика зависит от истории образования ЧД и окружающих её условий. Исследователи из Образовательного университета Гонконга (Китай) M.H. Chan и C.M. Lee, проанализировав данные о движении двух двойных рентгеновских систем, A0620-00 и XTE J1118+480, получили косвенные свидетельства наличия пиков ТМ [15]. Каждая система представляет собой связанную пару из ЧД звёздной массы и маломассивной звезды. Орбитальный период этих систем аномально быстро замедляется (≈ -1 мс год−1) – на два порядка больше, чем от потерь на гравитационное излучение. Обсуждалось взаимодействие звёздного ветра и магнитного поля и приливное взаимодействие с протяженным газовым диском, однако в рамках этих механизмов не удается объяснить большую скорость замедления. M.H. Chan и C.M. Lee в качестве нового объяснения рассмотрели гипотезу взаимодействия звезды с пиком плотности ТМ вокруг ЧД посредством динамического трения и показали, что этот механизм может объяснить данные наблюдений. Наилучшее согласие теории и наблюдения получается в том случае, если степенной профиль плотности ТМ имеет показатель степени 1,7-1,85, который мог возникнуть под влиянием процесса, аналогичного звёздному нагреву [16]. Таким образом, замедление орбитального движения в двойных системах может являться новым косвенным методом наблюдения ТМ. [15] Chan M H, Lee C M The Astrophysical Journal Letters 943 L11 (2022) [16] Gnedin O Y, Primack J R Phys. Rev. Lett. 93 061302 (2004)

Касп тёмной материи в Малом Магеллановом облаке

Одной из нерешённых проблем космологии остаётся проблема «касп-кор». В центре многих карликовых галактик наблюдается протяжённая область с постоянной плотностью ТМ (кор или ядро), тогда как численное моделирование процесса формирования галактик предсказывает степенной рост к центру (касп). Возможным решением этого противоречия является разрушение каспов взрывами сверхновых или другими барионными процессами. M. De Leo (Католический университет Чили, Институт астрофизики тысячелетия, Чили и Университет Суррея, Великобритания) и соавторы предположили, что в центре Малого Магелланова облака (ММО) -- карликового спутника нашей Галактики – мог сохраниться касп ТМ [17]. Для его поиска исследователи разработали алгоритм, который позволил очистить изображение от вещества, выброшенного приливными силами и не связанного гравитационно с ММО. Использовались спектроскопические данные по ≈6000 звёздам, позволяющие найти лучевые скорости, вместе с данными об их собственных движениях, полученными телескопом Gaia. Как показало динамическое моделирование на основе уравнений Джинса, распределение плотности в центре ММО действительно согласуется с наличием каспа до расстояний 400 пк от центра, причем плотность ТМ в пределах 150 пк составляет 3×108M☉ кпк−3. Столь большая плотность ТМ говорит о том, что в данном случае касп не успел трансформироваться в кор. Это делает ММО перспективным объектом для поиска аннигиляции ТМ. [17] Leo M D et al., arXiv:2303.08838 [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, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение