RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 12, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Новости физики в Интернете


Поиск частиц скрытого сектора

В физике элементарных частиц, возможно, имеется так называемый скрытый сектор, частицы которого пока не поддаются регистрации в экспериментах. О его существовании свидетельствует наличие во Вселенной тёмной материи (скрытой массы), вероятно, состоящей из частиц нового класса. Ю.М. Андреева и его коллеги в эксперименте NA64 в ЦЕРНе выполнили новый поиск векторных бозонов скрытого сектора Z', способных объяснить проблему аномального магнитного момента мюона и рождение частиц тёмной материи [1]. Пучок мюонов от ускорителя сталкивался с ядерной мишенью, и измерялся сигнал в калориметре от рассеянных частиц. Недостаток энергии в калориметре свидетельствовал бы о рождении частиц скрытого сектора. После обработки данных о ≈ 2 × 1010 событиях на достигнутом уровне точности потерянной энергии не зарегистрировано. Это дало новые ограничения на характеристики Z'. Если Z' ответственен за мюонную аномалию, то его масса должна быть заключена в интервале 6-40 МэВ, а константа связи gZ' < 6 × 10−4. Также получены новые ограничения на возможные параметры частиц тёмной матери – продуктов распада Z'. [1] Andreev Yu M et al. Phys. Rev. Lett. 132 211803 (2024)

Галлиевая аномалия

Измеренный темп взаимодействия нейтрино с ядрами 71Ga заметно меньше, чем ожидается. Эта «галлиевая аномалия» была впервые отмечена в экспериментах SAGE и GALLEX и недавно на большем статистическом материале подтверждена в российском эксперименте BEST, выполняемом в Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН. В качестве возможного объяснения предлагались осцилляции обычных нейтрино в стерильные нейтрино. Другим вариантом являются возможные ошибки при измерении времени полураспада T1/2 ядер 71Ge, которые при взаимодействии с нейтрино превращаются в ядра 71Ga. С целью проверки данной гипотезы в Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса выполнено новое измерение T1/2 ядер 71Ge [2]. Использовались три независимых образца, облучённых в ядерных реакторах, и регистрировались рентгеновские фотоны, испускаемые при электронном захвате в распаде 71Ge → 71Ga. В результате было получено наиболее точное на сегодняшний день значение T1/2=11,468 ± 0,008 лет, согласующееся с прежними измерениями. Таким образом, установлено, что галлиевая аномалия не связана с ошибками в определении T1/2. [2] Norman E B et al. Phys. Rev. C 109 055501 (2024)

Сверхпроводимость La3Ni2O7−δ

Указание на нетрадиционную сверхпроводимость, не описываемую теорией Бардина – Куппера – -Шриффера, недавно было получено для никелата La3Ni2O7 при температуре 80 К, но ключевое свойство сверхпроводимости – нулевое электрическое сопротивление – продемонстрировано не было. В новом эксперименте Y. Zhang (Чжэцзянский университет, Китай) и соавторов впервые зарегистрировано нулевое сопротивление La3Ni2O7−δ и обнаружены другие интересные свойства этого соединения [3]. Эксперимент выполнялся двумя методами – в ячейке с алмазной наковальней и путём сжатия в цилиндре с поршнем. Прямое измерение тока через образец показало, что при P=20,5 ГПа резкий скачок сопротивления начинается при T=66 К, а нулевое сопротивление достигается при 40 К. Отмечено также отсутствие перехода металл--изолятор вблизи области сверхпроводимости. Такое свойство называют странным металлическим поведением (strange-metal behavior). Остаётся надежда на получение в конечном итоге сверхпроводимости при комнатной температуре и нормальном давлении. В.Л. Гинзбург (Физический институт им. П.Н. Лебедева) рассматривал создание комнатнотемпературной сверхпроводимости как одну из наиболее актуальных физических проблем [4], и по его предложению в ФИАНе в 2004 г. был создан Центр высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов. [3] Zhang Y et al. Nature Physics, онлайн-публикация от 6 июня 2024 г. [4] Гинзбург В Л УФН 169 419 (1999); Ginzburg V L Phys. Usp. 42 353 (1999).

Сверхпроводимость CaKFe4As4

Исследователи из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН и МГУ Т.Е. Кузьмичева, С.А. Кузьмичев и А.С. Медведев синтезировали высококачественный образец немагнитного соединения CaKFe4As4 и изучили многощелевую структуру его сверхпроводимости [5]. CaKFe4As4 относится к открытому недавно семейству 1144 сверхпроводящих пниктидов железа. Для исследования применялась методика создания при температуре 4,2 К планарных контактов на микротрещине, имеющих структуру S-n-I-n-S из сверхпроводника S, нормального металла n и изолятора I. При механической регулировке контактов происходило скольжение криогенных сколов с формированием стопочных структур. В сверхпроводящем состоянии в контакте S-n-I-n-S возможен эффект многократных андреевских отражений, и с помощью их спектроскопии определены амплитуды трёх объёмных сверхпроводящих параметров порядка и малой сверхпроводящей щели. В результате было показано сходство сверхпроводящих свойств пниктидов семейства 1144 и родственного семейства 122, объясняемое одинаковой топологией поверхности Ферми. [5] Кузьмичева Т Е, Кузьмичев С А и Медведев А С Письма в ЖЭТФ 119 757 (2024)

Применение теории Келдыша для описания конденсации экситонов

В некоторых слоистых соединениях могут возникать межслойные экситоны (связанные состояния электронов и дырок) за счёт взаимодействия электронов из одного слоя и дырок из другого слоя даже в том случае, когда эти слои разделены тонким слоем диэлектрика. Межслойные экситоны имеют большое время жизни, и ими можно управлять с помощью электрического поля. В квантовых бислоях Холла была экспериментально обнаружена равновесная бозе-эйнштейновская конденсация межслойных экситонов. Но под влиянием разности потенциалов между слоями должен возникать туннельный ток, выводящий экситоны из равновесного состояния. Для изучения этого неравновесного режима группа исследователей из США и Австрии Y. Zeng, V. Crepel и A.J. Millis разработали теорию конденсации экситонов на основе неравновесной теории поля Л.В. Келдыша (Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН) [6]. В их новой теория [7], описывающей p-волновое туннелирование между слоями, получено, что при достаточно большом потенциале смещения уменьшается ширина запрещенной зоны и повышается эффективная температура экситонов. Разработанная теория применима как к слоистым материалам на основе дихалькогенидов переходных металлов, так к составным полупроводникам InAs/GaSb, применяемым в электронике. О когерентном состоянии экситонов см. также [8]. [6] Келдыш Л В ЖЭТФ 47 1515 (1965) [7] Zeng Y, Crepel V, Millis A J Phys. Rev. C 132 266001 (2024) [8] Келдыш Л В УФН 187 1273 (2017); Keldysh L V Phys. Usp. 60 1180 (2017)

Детектор терагерцового излучения

Электромагнитное излучение диапазона ТГц имеет важные практические применения, и ведётся активная работа по созданию источников и детекторов терагерцового излучения. Одной из наиболее актуальных проблем является усиление взаимодействия между устройствами и терагерцовыми сигналами. В оптическом диапазоне для этого хорошо зарекомендовали себя детекторы на основе резонаторов И.Е. Тамма (ФИАН с 1934 г.). Однако расширение их области применимости на терагерцовый диапазон затрудняется тем, что для длин волн 10-1000 мкм сложно создать необходимое покрытие поверхностей резонатора, которое в оптическом случае получается простым напылением. Тем не менее, X. Tu (Нанкинский университет и Хэфэйская национальная лаборатория, Китай) и соавторы смогли разработать и создать эффективный терагерцовый детектор в виде гибридного резонатора Тамма, образованный путём введения слоя диэлектрика в чистый резонатор Тамма [9]. В детекторе используется распределённый брегговский рефлектор со слоями кремния и воздуха и микроболометрический детектор на кремниевой подложке. Резонансные режимы детектора можно настраивать, регулируя толщину подложки. Эксперимент показал, что детектор обладает высокой добротностью Q=1017 и узкополосной чувствительностью (ширина полосы 469 МГц). Об оптико-терагерцовых преобразователях см. [10]. [9] Tu X et al. Nature Communications 15 5542 (2024) [10] Пономарёв Д С и др. УФН 194 2 (2024); Ponomarev D S et al. Phys. Usp. 67 3 (2024)

Наблюдение эффекта Зельдовича

Я.Б. Зельдович в 1971 г. предсказал теоретически эффект усиления электромагнитной волны при её рассеянии на быстро вращающемся металлическом цилинде. Во вращающейся системе отсчёта частота волны, сдвинутая эффектом Доплера, становится формально отрицательной и поглощение волны превращается в её усиление (коэффициент поглощения меняет знак). Данный эффект ранее наблюдался только для акустического аналога, когда скорость волны много меньше скорости света. M.C. Braidotti (Университет Глазго, Великобритания) и соавторы впервые наблюдали эффект усиления Зельдовича для реальной электромагнитной волны [11]. Конфигурация эксперимента близка к индукционному генератору, где вместо ротора находится сплошной алюминиевый цилиндр, а электромагнитная волна в зазоре статора формируется LC-контурами. Данный эффект рассения является классическим, однако как предполагал сам Я.Б. Зельдович, тем же способом могут усиливаться и квантовые электромагнитные флуктуации, получая энергию из энергии вращения цилиндра. [11] Braidotti M C et al. Nature Communications 15 5453 (2024)

Исследование акустической турбулёнтности

Для ансамбля акустических волн возможны режимы сильной и слабой турбулёнтности, в зависимости от величины нелинейных взаимодействий. Теоретическое описание акустической турбулёнтности в случае малой дисперсия волн встречается с определёнными сложностями, и имеются два подхода, приводящие к спектру турбулёнтности Захарова – Сагдеева с E(k)∼ k−3/2 и спектру Кадомцева – Петвиашвили с E(k)∼ k−2. Е.А. Кочурин (ИЭФ УрО РАН и Сколтех) и Е.А. Кузнецов (Сколтех, ФИАН и ИТФ им. Л.Д. Ландау) выполнили численное моделирование 3D акустической турбулёнтности и впервые показали, что реализуются оба спектра, а переход между ними определяется уровнем нелинейности [12]. Моделирование выполнялось в фурье-пространстве на основе кинетических уравнений для парных корреляторов. Получено, что спектр Захарова – Сагдеева при слабой акустической турбулёнтности формируется в режиме слабой дисперсии и без дисперсии, а при увеличении мощности накачки появляется ансамбль случайных ударных волн, описываемых спектром Кадомцева – Петвиашвили. Общая теория турбулёнтности развивается также в работах К.П. Зыбина, В.А. Сироты и А.С. Ильина (Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН) [13, 14]. [12] Kochurin E A, Kuznetsov E A arXiv:2407.08352 [nlin.CD] [13] Зыбин К П, Сирота В А УФН 185 593 (2015); Zybin K P, Sirota V A Phys. Usp. 58 556 (2015) [14] Зыбин К П, Ильин А С УФН 186 1349 (2016); Zybin K P, Il’yn A S Phys. Usp. 59 1241 (2016)

Можно ли создать чёрную дыру из света?

Длительное время обсуждается вопрос, может ли при фокусировке лучей света область с высокой концентрацией энергии сколлапсировать в чёрную дыру (ЧД)? Вопрос пока чисто умозрительный, поскольку мощность существующих лазеров на 50 порядков величины меньше требуемой, и неизвестны астрофизические объекты с необходимой напряжённостью электромагнитных полей. A. Alvarez-Dominguez (Мадридский университет Комплутенсе, Испания) и соавторы в новом теоретическом исследовании показали невозможность образования ЧД при фокусировке света [15]. Этому будут препятствовать квантовые эффекты поляризации вакуума, связанные с рождением частиц, например, электрон-позитронных пар (эффект Швингера). Задолго до того, как будет достигнута необходимая плотность энергии, начнётся интенсивное рождение частиц, уносящих энергию, что препятствует образованию ЧД. В расчёте применялись результаты теоретических исследований процесса образования пар частиц в сильном поле, выполненные сотрудниками ФИАНа А.И. Никишовым и В.И. Ритусом. [15] Alvarez-Dominguez A et al. arXiv:2405.02389 [gr-qc]

Массовый состав космических лучей сверхвысоких энергий (КЛСВЭ)

Происхождение КЛСВЭ пока окончательно не выяснено, хотя в качестве вероятного механизма их рождения рассматриваются процессы в активных ядрах галактик. Коллаборацией телескопа Pierre Auger выполнены новые исследования массового состава атомных ядер КЛСВЭ до энергий 1020 эВ по новой методике [16]. Сначала были установлены корреляции в показаниях телескопов флуоресцентного света и поверхностных детекторов, затем из совместных данных с помощью алгоритмов машинного обучения был найден массовый состав КЛСВЭ. Исследование показало, что ядра КЛСВЭ становятся тяжелее при увеличении энергии в интервале 5 × 1019-1020 эВ, а их состав становится более однородным (меньше флуктуации состава от события к событию). Несколько отличающийся результат был получен на детекторе Telescope Array, где установлено, что при энергии ≈ 1019 эВ ядра достаточно тяжёлые, затем до ≈ 1020 эВ они в среднем становятся легче, а при энергиях >1020 эВ снова происходит утяжеление спектра масс [17]. [16] Halim A A et al. et al. arXiv:2406.06315 [astro-ph.HE] [17] Abbasi R U et al. arXiv:2406.19287 [astro-ph.HE]

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