RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 3, 2025 Получить статью →
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов
Поиск →

Новости физики в Интернете


Новые ограничения на параметры стерильных нейтрино

Пока неизвестно, из чего состоит скрытая масса Вселенной, но одним из хорошо мотивированных теоретически вариантов являются стерильные нейтрино &nus с массами порядка кэВ [1, 2]. В работе исследователей из ИКИ РАН, ИЯИ РАН и МФТИ выполнен новый поиск распадной линии νs в данных космического рентгеновского телескопа NuSTAR за 11 лет наблюдений [3]. Отбирались фотоны, пришедшие с углов в несколько град. от оптической оси телескопа (такую засветку называют «stray light») в интервале энергий 3-20 кэВ и направлениями >3° от плоскости Галактики, где мал вклад астрофизических объектов диска. Спектр излучения оказался примерно степенным, а дополнительного максимума, соответствующего распадам νs, не обнаружено. Это позволило получить новые жёсткие ограничения на угол смешивания νs и ширину их распада. Хотя пока всё ещё остается небольшая область допустимых параметров, ограничения уже вплотную приблизились к тому, чтобы закрыть простейшие модели νs как основного компонента тёмной матери. [1] Горбунов Д С, Рубаков В А, Введение в теорию ранней Вселенной: Теория горячего Большого взрыва, М.: ЛЕНАНД, 2016 [2] Горбунов Д С УФН 184 545 (2014); Gorbunov D S Phys. Usp. 57 503 (2014) [3] Krivonos R A et al. Phys. Rev. Lett. 133 261002 (2024)

Совместный анализ данных по осцилляциям нейтрино

В то время как некоторые параметры нейтринных осцилляций уже достаточно точно измерены, другие пока остаются неопределёнными. Коллаборации T2K и Супер-Камиоканде выполнили совместный анализ полученных ими данных в общей области измеряемых энергий нейтрино [4]. В эксперименте T2K (Tokai-to-Kamioka) регистрируются нейтрино от ускорителя в ближнем детекторе и в дальнем (на расстоянии 295 км), которым служит детектор Супер-Камиоканде. Измеряемые T2K разности квадратов масс (в зависимости от упорядочивания) и угол смешивания δCP, отвечающий за CP-нарушение, дают схожий вклад в асимметрию осцилляций нейтрино и антинейтрино, что создаёт вырождение. Но это вырождение можно снять с учётом данных Супер-Камиоканде для атмосферных нейтрино, прошедших через Землю и испытавших резонансное усиление осцилляций. Подобный взаимодополняющий анализ T2K и Супер-Камиоканде показал, что сохранение CP-инвариантности в осцилляциях нейтрино исключено на уровне 1,9 σ, а обратный порядок масс исключается на уровне 1,2 σ. Основную погрешность в результат вносит неопределенность в моделях рождения адронов. [4] Abe1 K et al. Phys. Rev. Lett. 134 011801 (2025)

Туннелирование Ландау – Зенера в открытой системе

Теория туннелирования, построенная независимо Л.Д. Ландау и С. Зенером в 1932 г, описывает переходы между квантовыми энергетическими уровнями, которые при изменении внешних параметров (например, магнитного поля) сначала сближаются до минимального расстояния щели Δ и затем расходятся. Такой вид энергетического спектра реализуется во множестве физических систем. Режим туннелирования называют слабым или сильным в зависимости от отношения характерной энергии шума, создаваемого окружением, к Δ. X. Dai (Университет Уотерлу, Канада) и соавторы выполнили эксперимент со сверхпроводящим перестраиваемым кубитом, в котором прослежен переход от слабого к сильному туннелированию Ландау – Зенера и впервые обнаружено предсказываемое теоретически немонотонное поведение темпа туннелирования [5]. Авторы разработали теоретическую модель ``спиновой бани'', качественно воспроизводящую их экспериментальные результаты. [5] Dai X et al. Nature Communications 16 329 (2025)

Нестандартная квантовая статистика

Как правило, частицы подчиняются квантовой статистике Ферми – Дирака или Бозе – Эйнштейна и, соответственно, называются фермионами или бозонами. Исключение составляет энионная статистика квазичастиц в некоторых двумерных системах. Исследователи из Университета Райса (США) и Института квантовой оптики Общества им. М. Планка (Германия) Z. Wang и K.R.A. Hazzard в своей теоретической работе [6] показали, что для идентичных квазичастиц при любом числе измерений возможен четвёртый вариант квантовой статистики (парастатистика), в некотором смысле промежуточной между статистиками фермионов и бозонов, однако несводимой ни к одной из них. В этом случае при перестановке двух частиц волновая функция испытывает более сложное преобразование, чем просто изменение знака. Гипотеза о возможности парастатистики была сформулирована ещё в 1953 г, но ранее делался вывод, что парастатистика эквивалентна статистике фермионов или бозонов. В работе [6] сформулированы правила вторичного квантования парачастиц, также выведен обобщённый принцип исключения и указано на нетривиальные термодинамические свойства систем парачастиц. Возможно, квазичастицы, подчиняющиеся правилам парастатистики, могут быть выявлены в физике твёрдого тела, но такими свойствами могут обладать и неизвестные пока элементарные частицы. [6] Wang Z, Hazzard K R A Nature Photonics 19 89 (2025)

Дробный квантовый эффект Холла и экситоны

В случае дробного квантового эффекта Холла, наблюдаемого в двумерных электронных системах, квазичастицы несут лишь часть единичного электрического заряда. Предсказывалось, что в слоистых системах межслойные экситоны (связанные состояния электронов и дырок) могут быть фермионами или энионами из-за спаривание между компонентами, несущими дробные заряды, однако в экспериментах этот эффект ранее не был продемонстрирован. N.J. Zhang (Брауновский университет, США) и соавторы впервые выполнили соответствующий эксперимент и обнаружили новые интересные свойства экситонов [7]. Два слоя графена в геометрии Корбино, разделённые гексагональным нитридом бора, были включены в независимые электрические цепи, и в сильном магнитном поле создавался конденсат из межслойных экситонов. Обнаружены два класса состояний дробного квантового эффекта Холла с нецелыми числами заполнения: дробный аналог экситонных конденсатов и двухслойное обобщение фермионных состояний Джейна. Их свойства объясняются наличием экситонных квазичастиц с дробной статистикой, названных «дробными экситонами». [7] Zhang N J et al. Nature 637 327 (2025)

Долгоживущее квантовое состояние кота Шредингера (СКШ)

Когерентные состояния, такие как состояние квантовой запутанности или СКШ, представляют большой интерес для устройств квантовой информации, для квантовой метрологии и для фундаментальных исследований, в том числе, для поиска эффектов за пределами Стандартной модели [8,9]. Однако общей проблемой неклассических состояний является декогеренция, приводящая к малому времени их жизни. Y.A. Yang (Научно-технический университет Китая) и соавторы в своем эксперименте с атомом 173Yb в оптической решётке сумели достичь рекордно большого времени когерентности СКШ ≈ 1,4×103 с [10]. СКШ было реализовано на двух противоположно направленных спинах ядра с проекциями m = + 5/2 и m = - 5/2. Необходимая для этого нелинейность создавалась эффектом штарковского сдвига. С помощью специальной последовательности лазерных импульсов система была переведена в область гильбертового пространства состояний, где влияние шумов очень слабое. Как показала рамсеевская интерферометрия, в этой области указанное СКШ с m = ± 5/2 является долгоживущим. [8] Рубаков В А УФН 169 1299 (1999); Rubakov V A Phys. Usp. 42 1193 (1999) [9] Боос Э Э и др. УФН 195 (2025); Boos E E Phys. Usp. 68 (2) (2025) [10] Yang Y A et al. Nature Photonics 19 89 (2025)

Спектроскопия ядерного квадрупольного резонанса отдельных ядер

Спектроскопия ядерного квадрупольного резонанса, основанная на регистрации взаимодействия между электрическим квадрупольным моментом ядер и градиентами электрических полей, находит широкое практическое применение для обнаружения и идентификации различных веществ. Но в данном методе ранее удавалось детектировать лишь резонанс от больших макроскопических ансамблей ядер. S.A. Breitweiser (Пенсильванский университет, США) и соавторы впервые продемонстрировали метод ядерного квадрупольного резонанса для единичных ядер азота в азото-замещённых вакансиях в алмазе (в NV-центрах) [11]. Эксперимент выполнялся при комнатной температуре методом спектроскопии с динамической развязкой. NV-центры при этом служили как квантовыми датчиками, так и исследуемыми системами. Измерения выявили значительные различия в квадрупольных и сверхтонких параметрах между разными NV-центрами, а также ранее неизвестное слагаемое в гамильтониане NV-центров, возникающее в результате нарушения симметрии. Разработанная методика может найти применение для создания сверхчувствительных ядерных сенсоров. [11] Breitweiser S A et al. Nano Letters 24 16253 (2024)

Льдоподобные оболочки вокруг наночастиц в воде

В 2010 г. в работе А.Ф. Бункина и С.М. Першина (ИОФ РАН) было обнаружено, что вокруг крупных молекул белка в водном растворе возникает льдоподобная структура из молекул воды. В новом эксперименте [12] измерение сдвига «гравитационного центра» ОН-полосы комбинационного рассеяния, а также резонансов Мандельштама – Бриллюэна показало образование льдоподобной структуры вокруг наночастиц кварца в водной суспензии при комнатной температуре. Пучок лазера направлялся в суспензию, находящуюся в кварцевой кювете. Рассеянное излучение регистрировалось спектрометром комбинационного рассеяния и интерферометром Фабри – Перо. Было обнаружено смещение ОН-полосы в сторону компоненты льда, а в спектре наблюдалась известная линия воды со сдвигом 7,5 ГГц и новая линия 14,3 ГГц. Последний сдвиг линии стоксовой компоненты даёт скорость звука в среде вокруг наночастиц ≈ 2900 м с−1. Эта величина существенно выше скорости звука в воде и близка к скорости звука во льду, что подтверждает формирование льдоподобных гидратных оболочек вокруг наночастиц кварца. Данное исследование, как продолжение цикла работ победителей конкурса научных работ РАН, выполненных совместно с НАН Беларуси, имеет важное значение, в частности для криогенных биотехнологий. [12] Першин С М и др. Письма в ЖЭТФ 121 93 (2025)

Локализация источника быстрого радиовсплеска (БРВ)

Механизм генерации миллисекундных космических радиоимпульсов, приходящих с межгалактических расстояний, пока не выяснен. По одной из теорий, такие БРВ возникают вблизи магнитаров -- нейтронных звёзд с сильными магнитными полями [13]. Но оставалось неясным, сколь далеко от компактного звёздного остатка находится область генерации радиоизлучения. K. Nimmo (Массачусетский технологический институт, США) и соавторы сумели локализовать эту область путём наблюдения мерцаний БРВ FRB 20221022A10 [14]. Мерцания возникают при рассеянии излучения на стохастических неднородностях космической среды на луче зрения. В спектре FRB 20221022A10, полученном с помощью радиотелескопа CHIME, были выявлены две области мерцаний: одна в хозяйской галактике БРВ, а вторая в нашей Галактике. Положение этих областей и ограничения на плотность числа электронов говорят о том, что размер области генерации ≤ 3×104 км, и она находится в пределах магнитосферы, либо около её границы. Тем самым, исключаются внемагнитосферные модели генерации БРВ на большом расстоянии от компактного объекта, например, в распространяющейся ударной волне. Подобный же вывод для FRB 20221022A10 был сделан в 2024 г в работе R. Mckinven и др. из наблюдений изменения угла поляризации излучения. [13] Попов С Б, Постнов К А, Пширков М С УФН 188 1063 (2018); Popov S B, Postnov K A, Pshirkov M S Phys. Usp. 61 965 (2018) [14] Nimmo K et al. Nature 637 48 (2025)

Эволюция тёмной энергии (ТЭ)

Неоднородности в распределении галактик (крупномасштабная структура Вселенной) содержат ценную информацию о спектре начальных возмущений и составе Вселенной, определяющем динамику ее расширения [15]. Кроме того, по данным о неоднородностях можно проверять теорию гравитации с целью поиска отличий от эйнштейновской Общей теории относительности (ОТО) [16,17,18]. В проекте DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) исследуется кластеризация галактик и квазаров, а также линий Lyα в спектрах квазаров с помощью специально сконфигурированных обзорных телескопов. Коллаборацией DESI представлены новые результаты пяти лет наблюдений [19]. В них получены спектры и корреляционные функции 40 млн. галактик и квазаров на 0 < z < 4, в том числе, измерялось положение пика, соответствующего барионным акустическим осцилляциям. Найденная величина постоянной Хаббла близка к результатам измерений спутника Планк, а ограничение на сумму масс нейтрино имеет вид ≈ mν < 0,071 эВ. На достигнутом уровне точности все данные согласуются с предсказаниями ОТО. Интересным новым результатом является то, что параметр уравнения состояния ТЭ, вероятно, отличен от -1 (в настоящее время w = - 0,761 ± 0,065) и увеличивается по мере расширения Вселенной. В таком случае плотность ТЭ может эволюционировать со временем и не является космологической постоянной (о ТЭ см. [20, 21]). [15] Сильченко О К УФН 195 (2025); Silchenko O K Phys. Usp. 68 (2) (2025) [16] Рубаков В А, Тиняков П Г УФН 178 785 (2008); Rubakov V A, Tinyakov P G Phys. Usp. 51 759 (2008) [17] Миронов С А, Волкова В Е УФН 195 (2025); Mironov S A, Volkova V E 68 (2) (2025) [18] Постнов К А, Порайко Н К, Пширков М С УФН 195 (2025) ; Postnov K A, Porayko N A, Pshirkov M S Phys. Usp. 68 (2) (2025) [19] DESI Collaboration: Adame A G et al. arXiv:2411.12022 [astro-ph.CO] [20] Лукаш В Н, Рубаков В А УФН 178 301 (2008); Lukash V N, Rubakov V A Phys. Usp. 51 283 (2008) [21] Рубаков В А УФН 184 137 (2014); Rubakov V A Phys. Usp. 57 128 (2014)

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, 1918–2025
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение