RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 11, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Новости физики в Интернете


Кластерное состояние 0+2 в ядре 8He

Ядра с избытком или дефицитом нейтронов начали привлекать большой интерес учёных ещё десятки лет назад (см., например, [1, 2]). Нейтроноизбыточное ядро 8He можно представить как альфа-частицу (ядро 4He), окружённую четырьмя дополнительными нейтронами. Теоретически предсказывалось, что дополнительные нейтроны могут формировать две пары (динейтроны) и создавать конденсат. В этом 0+2-состоянии ядро 8He имеет нулевой спин, положительную чётность и похоже на ядро 12C в кластерном 3α-состоянии Хойла. Z.H. Yang (Пекинский университет, КНР и Центр RIKEN Nishina, Япония) и соавторы [3] впервые выявили состояния 0+2 ядер 8He, подтвердив теоретическое предсказание. Эксперимент выполнен в ускорительном центре RIKEN Nishina, где интенсивный пучок 8He с энергиями 82,3 МэВ на нуклон сталкивался с мишенями из полиэтилена (CH2)n и углерода. Регистрация продуктов неупругого взаимодействия выполнялась с помощью дрейфовой камеры и нейтронных детекторов. Наблюдался вылет сильно коррелированных пар нейтронов, что вместе с высокой интенсивностью изоскалярного монопольного перехода свидетельствовало о 0+2-состоянии ядер со статистической достоверностью более 5 σ. [1] Базь А И, Гольданский В И, Зельдович Я Б УФН 72 211 (1960); Baz’ A I, Gol’danskii V I, Zel’dovich Ya B Sov. Phys. Usp. 3 729 (1961) [2] Власов Н А УФН 89 511 (1966); Vlasov N A Sov. Phys. Usp. 9 624 (1967) [3] Yang Z H et al. Phys. Rev. Lett. 131 242501 (2023)

Мультиэкcитоны при комнатной температуре

У некоторых молекулярных кубитов наблюдается процесс расщепления синглетного состояния на два триплета в процессе фотовозбуждения, когда связь триплетов посредством обменного взаимодействия приводит к формированию мультиэкситона-квинтета с четырьмя запутанными спинами, обозначаемого как 5TT. Квантовые переходы между 5TT и триплетными состояниями интересны для применения в квантовой информации, однако до последнего времени 5TT удавалось реализовать лишь при криогенных температурах ниже 75 К. A. Yamauchi (Университет Кюсю, Япония) и соавторы впервые сумели получить 5TT при комнатной температуре со временем квантовой когерентности более 100 нc [4]. Этого удалось достичь путём заключения молекулярных кубитов на основе хромофора (соединение пентацена) в пористый металлоорганический каркас, состоящий из ионов металла и оргарических лигандов. Каркас подавлял движения молекул, увеличивая время когерентности. Манипуляции состояниями 5TT выполнялись с помощью микроволновых импульсов, а их считывание – спектроскопией ядерного магнитного резонанса. Переход к комнатным температурам значительно повышает перспективу использования 5TT в устройствах квантовой информации. Об экситонах см. [5, 6]. [4] Yamauchi A et al. Science Advances 10 eadi3147 (2024) [5] Глазов М М, Сурис Р А УФН 190 1121 (2020); Glazov M M, Suris R A Phys. Usp. 63 1051 (2020) [6] Семина М А, Сурис Р А УФН 192 121 (2022); Semina M A, Suris R A Phys. Usp. 65 111 (2022)

Электролюминесценция в жидком аргоне

Электролюминесценцией называется излучение света веществом в ответ на воздействие электрических полей. В благородных газах может иметь место эксимерный механизм электролюминесценции в сильных полях (переходы между состояниями электронного возбуждения в атомах) и тормозное излучение дрейфующих электронов, рассеянных на нейтральных атомах. В последнем случае излучение в видимом и ближнем ИК-диапазонах возможно при слабом поле ниже порога возбуждения. Электролюминесценция хорошо изучена в газовой фазе, тогда как в сжиженном благородном газе (ксеноне) она надежно наблюдалась лишь в одном эксперименте при напряженности электрического поля более 400 кВ см−1. Исследователи из Института ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН и Новосибирского государственного университета впервые зарегистрировали электролюминесценцию в жидком аргоне в однофазной жидкостной время-проекционной камере и показали, что она имеет тормозной механизм [7]. Ионизация в камере создавалась с помощью рентгеновского излучения, и дрейфующие электроны вызывали электролюминесценцию при попадании в область сильного электрического поля. Фотоны регистрировались после их выхода из жидкого аргона с помощью кремниевого фотоумножителя. О механизме тормозного излучения на нейтральных атомах свидетельствовало относительно низкое электрическое поле 30-90 кВ см−1, при котором возникало излучение. Кроме того, отсутствие зависимости от давление исключало электролюминесценцию в пузырьках газа как основной механизм. Описываемый эксперимент, поддержанный грантом Российского научного фонда № 20-12-00008, показал хорошее согласие с теорией при использовании в расчетах сечения для переноса импульса (в отличие от сечения для переноса энергии). Электролюминесценция в жидком инертном газе важна, в частности, для проектирования высокочувствительных детекторов тёмной материи и нейтрино низких энергий. [7] Bondar A et al. Phys. Rev. Lett. 131 241001 (2023)

Негауссова статистика в лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии

Лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия (ЛИЭС) основана на испарении частиц с поверхности образца под действием мощных лазерных импульсов и измерении спектра образующейся плазмы оптического пробоя. По сравнению с лабораторной спектроскопией этот метод имеет меньшую точность, но он широко применяется благодаря возможности дистанционного сверхбыстрого анализа. В ЛИЭС происходит непрерывный сбор данных и их усреднение. Чаще всего распределение результатов измерений имеет гауссов нормальный вид, но в некоторых случаях распределение негауссово, что может сказаться на результатах обработки данных. Хотя негауссовость в ЛИЭС обсуждалась теоретически и была отмечена в предшествующих экспериментах, её влияние на результаты ЛИЭС ранее не исследовалось. В.Н. Леднев (ИОФ РАН) и соавторы впервые систематически изучили влияние статистики сигналов на качество ЛИЭС [8]. В их эксперименте излучение импульсов Nd:YAG лазера с длиной волны 1064 нм фокусировалось с помощью кварцевой линзы на поверхность образца. Свечение факела плазмы собиралось сбоку и переносилось в спектрограф, оснащённый ПЗС-камерой с усилением. Измерения показали, что только излучение плазмы имело гауссово распределение, в то время как другие сигналы (распределение импульсов лазера по энергии, интенсивность атомных линий, фоновое излучение плазмы) ему не следовали. Указанное обстоятельство влияет на оценку чувствительности метода ЛИЭС и может оказаться важным в его практическом применении, особенно в критических технологиях (прокат на блюминге, в плавильной печи), когда повторные измерения исключены или затруднены. [8] Lednev V N, Sdvizhenskii P A, Liu D, Gudkov S V, Pershin S M Photonics 11 23 (2023)

Подводный лидар

Лидарами называются лазерные локаторы, способные (подобно радиолокаторам) зондировать рассеивающие объекты, как массивные, так и рыхлые (облака, шлейфы, сетки) и определять расстояние до них. Важными применениями лидаров являются измерение концентрации аэрозолей в воздухе и дистанционное зондирование в сельском хозяйстве [9]. Однако лидар может действовать и в жидкости, хотя из-за сильного рассеивания его работа в таких условиях имеет существенные ограничения. В то же время лидар может обнаруживать в жидкости объекты, недоступные для обычных гидролокаторов, и обеспечивать высокоточную подводную навигацию. Группой сотрудников Института общей физики им. А.М. Прохорова, Института космических исследований РАН и Московского технического университета связи и информатики впервые продемонстрирована работа лидара на двойном проходе сквозь слой воды толщиной 9 м [10]. В лидаре использовался импульсный лазер Nd3+:YAG с диодной накачкой, излучающий на волне 532 нм, с частотой следования импульсов 4 кГц и, впервые, с безопасной для глаз плотностью энергии излучения ≈ 1 мкДж см−2. Ранее лидары превышали этот порог и их применение было запрещено. Авторы открыли новую эру [11] зондирования среды обитания без защиты глаз от поражения с использованием стробируемого приёмника. Здесь сигнал обратного рассеяния лидара регистрировался детектором на однофотонном лавинном фотодиоде (SPAD) с коэффициентом усиления ≈ 106. Благодаря столь большому усилению детектора и подавлению шумов с помощью стробирования удалось достичь отношения сигнал/шум ≈ 35 в описанном эксперименте. В новом исследовании той же группы, поддержанном грантом Российского научного фонда № 23-42-10019, впервые достигнуто подводное обнаружение объектов сквозь слой воды толщиной 18 м, при этом пройденный фотонами путь составил 36 м в воде и 14 м в воздушной среде [12]. [9] Гудков С В и др. УФН 194 208 (2024); Gudkov S V et al. Phys. Usp. 67 (2) (2024); [10] Pershin S M et al. XX International Conference Laser Optics (ICLO), 2022, pp. 01 [11] Pershin S. et al., ``Spaceborn laser altimeter based on the single photon diode receiver and semiconductor laser transmitter'', in Conference on Lasers and Electro-Optics, J. Bufton, A. Glass, T. Hsu, and W. Krupke, eds., Vol. 10 of OSA Technical Digest (Optica Publishing Group, 1991), paper CFI1 [12] Pershin S M et al., доклад на 21-й Международной конференции ``Оптика лазеров'', С.-Петербург, 01-05 июля 2024 г.

Влияние электрического поля на ветвящиеся потоки света

В неупорядоченной среде возможно ветвящееся распространение волн за счёт комбинации дифракции и образования каустик. Такое распространение было обнаружено в различных волновых системах, например, для электронных волн в полупроводниках. В оптическом диапазоне оно было открыто А.В. Старцевым и Ю.Ю. Стойловым в 2002 г. [13]. S. Chang (Сямэньский университет, КНР) и соавторы продемонстрировали ветвящийся поток света в жидком кристалле и метод управления им с помощью электрического поля [14]. Тонкая пластина жидкого кристалла была помещена между двумя стеклянными пластинами, допированными оксидом индия и олова. В жидком кристалле имеется множество неоднородностей и дефектов различного масштаба, обусловливающих ветвящееся распространение света вдоль его плоскости. Если приложить к внешним пластинам электрическое напряжение, то электрическое поле между ними вызывает реструктуризацию жидкого кристалла, что приводит к сдвигам ветвящихся траекторий и даже к отключению ветвления. Причём данный процесс оказался обратимым – ветвление возвращалось к прежнему виду при выключении электрического поля. Возможно, данный метод найдёт примение в фундаментальных исследованиях, а также в технической оптике и фотонике. [13] Стойлов Ю Ю УФН 174 1359 (2004); Stoilov Yu Yu Phys. Usp. 47 1261 (2004) [14] Chang S et al. Nature Communications 15 197 (2024)

Кластеры Kr и Xe между слоями графена

При нормальных условиях в свободных благородных газах не возникает стабильных структур из-за их химической инертности. Двумерные атомные кристаллы благородных газов с ван-дер-ваальсовым взаимодействием ранее были реализованы при криогенных температурах на поверхности металлов, а при более высоких температурах – между слоем графена и подложкой. Однако в таких условиях трудно наблюдать пространственное распределение атомов. M. Langle (Венский университет, Австрия) и соавторы смогли поместить атомы криптона и ксенона между двумя слоями графена, что позволило выполнить подобное наблюдение [15]. Атомы проникали в бислой при облучении его ионами Kr и Xe с низкой энергией. Как показало исследование с помощью просвечивающей электронной микроскопии, при комнатной температуре и давлении 0,3 ГПа атомы внутри бислоя образуют кластеры. Кластеры с числом атомов N<9 хорошо описываются ван-дер-ваальсовым взаимодействием, а более крупные кластеры демонстрируют некоторые отклонения, возможно, вызванные деформациями в графеновой решётке. Все наблюдавшиеся кластеры Xe с N ≈ 100 оставались твердыми, тогда как кластеры Kr с N ≈ 16 по своим свойствам были близки к жидкости. [15] Langle M et al. Nature Materials, онлайн-публикация от 11 января 2024 г.

Звёздные скопления в ранней Вселенной

С помощью космического телескопа им. Дж. Уэбба выполнены наблюдения галактики SPT0615-JD1, находящейся на красном смещении z ≈ 10,2 ± 0,2, когда Вселенная имела возраст ≈ 460 млн. лет [16]. Интересные детали в её структуре удалось рассмотреть благодаря тому, что свет галактики испытал гравитационное линзирование на скоплении галактик, находящемся на z = 0,972 на луче зрения. Телескоп выявил в галактике 5 отдельных звёздных скоплений с размерами ≈ 1 пк, расположенных в области с масштабом менее 70 пк. Эти скопления излучают ≈ 60 % дальнего УФ-излучения хозяйской галактики и имеют ≈ 5 % солнечной металличности. Массы скоплений ≈  106 M☉, а их возраст менее 35 млн лет. Поверхностная плотность звёзд в скоплениях на три порядка выше, чем у типичных звёздных скоплений в локальной Вселенной. Возможно, обнаруженные скоплениям могли быть предшественниками современных шаровых скоплений. Ранее уже было отмечено неожиданно большое количество крупных галактик в ранней Вселенной, однако их звёздные компоненты оставались неразрешенными из-за больших расстояний. Наблюдение звёздных скоплений является существенным шагом в данном направлении. Подобные скопления могли влиять на процесс реионизации Вселенной. [16] Adamo A et al., arXiv:2401.03224 [astro-ph.GA]

Предельно далёкие галактики

На телескопе им. Дж. Уэбба реализуется программа «JADES Origin Field» по выделению излома Ly-α при красных смещениях z ≈ 12 и фильтрации источников на меньших z, которые могут имитировать свет далеких галактик. В рамках этой программы выполнено наблюдение восьми галактик-кандидатов (пока без фотометрического подтверждения) на z = 11,5 - 15 и оценена их функция светимости [17]. Данные значения z простираются в те эпохи, когда Вселенная имела возраст всего около 300 млн. лет. Обнаруженные галактики имеют радиусы 50-200 пк, звездные массы ≈ 107-108 M☉ и скорость звездообразования 105-106 M☉ год−1. В то же время не удалось найти галактики на 15 < z < 20, что устанавливает верхние пределы для раннего образования галактик. Плотность числа галактик во Вселенной уменьшается примерно в 2,5 раза от z = 12 до z = 14. Пока неизвестно, в чем причина неожиданно большого количества галактик на больших z. Объяснением может являться нестандартный спектр космологических возмущений плотности с некоторым избытком на малых масштабах [18]. [17] Robertson B et al., arXiv:2312.10033 [astro-ph.GA] [18] Tkachev M V, Pilipenko S V, Mikheeva E V, Lukash V N Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 527 1381 (2024)

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