Терагерцовое излучение впервые использовали для управления пусками электронов в электронном дифрактометре

Иллюстрация: Dongfang Zhang et al. / Ultrafast Science, 2021. Физики создали электронный дифрактометр, в котором пучки электронов формируются с помощью терагерцового излучения. Такой подход позволил уменьшить размер и увеличить временное разрешение дифрактометра — «камеры» для предельно динамического изучения внутренней структуры материи. За счет терагерцового лазера ученые уменьшили длительность пучков электронов из обычной электронной пушки до 180 фемтосекунд, при этом сохранив по 10000 электронов в каждом пучке. Как пишут авторы статьи, опубликованной в журнале Ultrafast Science, проверенный ими метод позволит сделать более доступными установки для изучения динамики структур на атомных масштабах. Для наблюдения за микроскопической структурой материалов нужно коротковолновое излучение: обычный свет просто не заметит дефекты и особенности структуры с периодом порядка размера атома, ведь его длина волны сильно больше. Часто для таких целей используют особенно жесткое рентгеновское излучение, ведь и его длина волны, и проникающая способности это позволяют.

Читать далее

С помощью гидродинамического аналога показана возможность упорядочивания квантовых систем

Иллюстрация: APS Physics / Youtube. Физики воспроизвели одномерные и двумерные макроскопические спиновые решетки из прыгающих на поверхности силиконового масла капель и выяснили, что геометрия решетки влияет на то, будет ли порядок спинов антиферромагнитным или ферромагнитным, а ее вращение как целого индуцирует ненулевую эффективную намагниченность, нарушая зеркальную симметрию системы. Статья опубликована в Nature.  Несмотря на большой успех квантовой механики как физической теории, среди ученых до сих пор нет консенсуса в понимании таких фундаментальных явлений, как коллапс волновой функции, корпускулярно-волновой дуализм, одночастичная дифракция и интерференция частиц и так далее. Одной из теорий, которая может объяснить не поддающиеся логике процессы квантового мира, является теория де Бройля — Бома, в которой волновая функция однозначно определяет траекторию частицы с помощью управляющего уравнения.

Читать далее

Время существования ультрахолодной молекулярной системы удалось увеличить с помощью микроволнового излучения

Иллюстрация: L. Anderegg / Science, 2021. Физики продемонстрировали увеличение времени жизни ультрахолодных молекул в процессах столкновения путем экранирования их взаимодействия с помощью микроволнового излучения. Они показали, что экранирование можно уверенно сменить антиэкранированием, меняя конфигурацию молекулярной системы и окружающих их полей. Исследование опубликовано в Science. Исследование молекул, охлажденных до очень низких температур, важно для развития квантовых симуляций, прецизионных измерений, ультрахолодной химии и многого другого. Для этого физикам нужно научиться охлаждать их, собирать и удерживать, а также защищать от разрушения. Последний фактор существенно ограничивает круг экспериментов и явлений, которые ученые могли бы исследовать в таких системах. Главный канал распада ультрахолодных молекул — это их неупругие столкновения друг с другом. Чтобы их избежать, ученые применяют экранирование, то есть создание дополнительного отталкивания между молекулами на расстояниях, на которых начинаются неупругие процессы взаимодействия.

Читать далее

Создана кольчужная ткань из слоев октаэдрических частиц, способная значительно увеличивать свою жесткость при сжатии

Иллюстрация: Yifan Wang et al. / Nature, 2021. Материаловеды из Сингапура и США разработали кольчужную ткань, состоящую из слоев скрепленных октаэдрических частиц, которая способна увеличивать свою жесткость в 25 раз при сжатии. Моделирование показало, что кольчуги из частиц в форме различных геометрических фигур при сжатии испытывают фазовый переход с заклиниванием, который описывается степенной зависимостью модуля упругости от числа контактов между частицами, пишут ученые в Nature. Сегодня умные ткани уже умеют генерировать и накапливать энергию, считывать и регулировать  температуру, а также выполнять некоторые функции смартфонов. В большинстве случаев умные ткани либо приобретают свои полезные свойства при внедрении в обычную ткань гибкой электроники (к примеру нитевидных проводников и гибких электросхем), либо обладают ими с момента производства в зависимости от состава и геометрии исходного материала без возможности изменения. Ткани с регулируемыми механическими свойствами могли бы выполнять роль фиксаторов частей тела в медицинских целях, однако большинство из ныне известных концептов либо небезопасны, либо неудобны на практике.

Читать далее

Создана универсальная математическая модель для расчета динамики сразу нескольких типов перемещения животных

Иллюстрация: S. Jung / Scientific Reports, 2021. Физик из США построил математическую модель, которая помогает вычислить динамические свойства сразу нескольких типов перемещения животных. С ее помощью ученый определил силы и давления, которые испытывают ныряющие животные, а также вычислил тягу, создаваемую крыльями и плавниками при движении в воздухе и воде соответственно. Проведенные расчеты он применил к данным о параметрах реальных животных. Исследование опубликовано в Scientific Reports.  Перемещение животных изучает такой раздел науки как биомеханика. Ученые и инженеры регулярно заимствуют у животных какие-либо особенности их движений, чтобы применить их в робототехнике, самолето- и судостроении. Для этого исследователям необходимо создавать математические модели, которые были бы максимально близки к тому, что делают животные.

Читать далее

Показана возможность управления магнитными квазимонополями при комнатной температуре с помощью магнитного поля

Иллюстрация: S. Koraltan et al / npj Computational Materials, 2021. Физики смоделировали трехмерную среду, в которой возможно существование и свободное распространение магнитных квазимонополей. Они показали, что перемещением этих квазичастиц можно управлять с помощью магнитного поля. Проведенная симуляция может стать важным шагом в реализации устройств магнетроники, работа которых основана на токах магнитных зарядов. Исследование опубликовано в журнале npj Computational Materials. Магнитными монополями называют гипотетические частицы, которые играют ту же роль в магнетизме, что и более привычные, электрические заряды в электричестве. Иными словами, они несут ненулевой магнитный заряд и этим отличаются от обычных магнитов, обладающих и северным, и южным полюсами (магнитные диполи). Магнитных монополей нет в классической электродинамике, однако они естественным образом появляются в квантовой теории поля. Это дает надежду многим физикам однажды найти их, однако этого пока не произошло.

Читать далее

Рождение электрон-позитронной пары в столкновении двух реальных фотонов впервые наблюдали в эксперименте

На иллюстрации: Диаграммы Фейнмана, описывающие процесс Брейта – Уилера (слева) и простую аннигиляцию электрона и позитрона (справа). STAR Collaboration / Physical Review Letters, 2021. Физики впервые увидели рождение электрон-позитронной пары в столкновении двух реальных фотонов. Возможность рождения электрона и его античастицы из двух квантов света была предсказана Брейтом и Уилером еще в 1934 году, но теперь физикам впервые удалось с уверенностью пронаблюдать этот процесс в эксперименте. Ученые зарегистрировали 6085 таких событий в периферических столкновениях релятивистских ядер золота с помощью детектора STAR на коллайдере RHIC в Брукхейвенской национальной лаборатории. Помимо всего прочего, полученные данные потенциально позволят изучить эффект двойного лучепреломления в вакууме. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review  Letters. При встрече электрона с позитроном происходит их аннигиляция — вместо пары частица-античастица рождаются два кванта света.

Читать далее

Математическое моделирование показало быструю деградацию магнитного поля черной дыры в случае магнитного пересоединения

Иллюстрация: Ashley Bransgrove et al. / Physical Review Letters, 2021. С помощью компьютерного моделирования американские физики показали, что из-за магнитного пересоединения черная дыра Керра, окруженная сильно намагниченной плазмой, экспоненциально быстро теряет магнитное поле. Результаты методов кинетики релятивистской плазмы и резистивной магнитогидродинамики согласуются с теоремой об отсутствии волос, которая говорит, что черные дыры характеризуются только массой, угловым моментом и зарядом. Кроме того, потеря сильного магнитного поля становится причиной жесткого рентгеновского излучения из магнитосферы черной дыры, пишут ученые в Physical Review Letters. В общей теории относительности принято считать, что все черные дыры подчиняются теореме об отсутствии волос: если у двух черных дыр одинаковые масса, заряд и угловой момент, то их невозможно отличить друг от друга — вся остальная информация об их прародителях и поглощенной материи скрыта от наблюдателя за горизонтом событий.

Читать далее

На БАК впервые наблюдалось одновременное рождение трех W-бозонов в протон-протонных столкновениях

Иллюстрация: CERN. Участники эксперимента ATLAS на Большом адронном коллайдере сообщили об экспериментальном открытии процесса одновременного рождения трех W-бозонов в протон-протонных столкновениях. Статистическая точность результата достигла 8,2σ и тем самым превысила необходимые для открытия 5σ. Ранее данный процесс уже наблюдался как на ATLAS, так и в эксперименте CMS, но статистическая точность полученных тогда результатов не превышала 3,3σ. Изучение подобных редких процессов позволит ученым проверить на прочность существующие предсказания Стандартной модели. Участники ATLAS рассказали об открытии на проходящей сейчас конференции EPS-HEP 2021, а подробный доклад опубликован на сайте эксперимента. W-бозон — одна из самых тяжелых элементарных частиц в рамках Стандартной модели. Этот калибровочный бозон и его «партнер» по SU(2) группе Z-бозон являются переносчиком слабого взаимодействия: разные частицы обмениваются ими при течении слабых процессов.

Читать далее