Открыт новый механизм спонтанного нарушения симметрии физических систем на квантовом уровне

Физики из США, Аргентины и Испании предложили новый механизм спонтанного нарушения симметрии, связанный с измерениями квантового состояния системы. В качестве примера ученые теоретически рассмотрели эволюцию замкнутой одномерной цепочки спинов. Оказалось, что слабые измерения намагниченности цепочки заставляют ее выбрать некоторое вакуумное состояние, нарушающее исходную симметрию системы. Более того, способ измерения определяет топологию многообразия, на котором расположены доступные вакуумные состояния. Статья опубликована в Physical Review Letters, препринт работы выложен на arXiv.org. Спонтанное нарушение симметрии занимает в современной теоретической физике центральную роль. С одной стороны, в статистической физике этот механизм описывает фазовые переходы — например, кристаллизацию жидкости или превращение металла в сверхпроводник.

Читать далее

Гипотеза Конна о вложенности и как она связана с бесконечностью и квантовой механикой: популярно для любознательных

Знаковое доказательство из области информатики заодно решило важную задачу, известную, как гипотеза Конна о вложенности. Теперь математики работают над тем, чтобы понять её. Всегда ли есть способ аппроксимировать бесконечные фотоны в луче света конечным массивом чисел?Представьте, что на Землю прилетели пришельцы и выдали нам правильные ответы на самые важные вопросы: есть ли Бог? Истинна ли гипотеза Римана? Действовал ли Освальд в одиночку? Мы были бы благодарны за информацию, но она принесла бы нам мало пользы, если бы мы не знали, как они получили эти ответы. В такой ситуации сегодня оказались математики. В январе команда специалистов по информатике опубликовала масштабное доказательство, которое называют одним из важнейших результатов этого столетия в данной области. Однако доказательство вышло далеко за пределы информатики. Пройдя по длинной цепочке следствий, оно решило ещё и крупную открытую задачу математики. Математики, изучающие операторную алгебру, к которой имеет отношение описанная задача, похожи на тех землян, которым знание упало на голову.

Читать далее

Вышел в свет технический проект перспективного коллайдера FCC

Рабочая группа по изучению перспектив будущего коллайдера FCC выпустила на днях долгожданный технический проект установки. Ключевым стало решение сфокусироваться вначале на электрон-позитронном варианте, FCC-ee, и переходить к адронной разновидности коллайдера, FCC-hh, только в 2050-х годах. Если проект FCC будет реализован в полном объеме, он продлится примерно до 2090 года. Хотя Большому адронному коллайдеру предстоят еще почти два десятилетия исследований, физики уже давно приступили к работе над проектом коллайдера нового поколения. Вариантов рассматривается несколько. Это циклические или линейные электрон-позитронные коллайдеры, которые будут работать как фабрика хиггсовских бозонов и позволят намного аккуратнее измерить все то, что сейчас только нащупывает LHC, и грандиозные проекты 100-километровых адронных коллайдеров с рекордными энергиями столкновений. Все эти проекты — дорогие, реализовать их все одновременно не получится, поэтому научное сообщество взвешивает все за и против перед принятием решения.

Читать далее

Впервые получен двумерный пьезоэлектрик-электрет из оксида молибдена

На иллюстрации: Несимметричная структура кристалла FeSi. Физики впервые получили двумерный оксид молибдена, который демонстрирует пьезоэлектрические свойства. Обычно пьезоэлектриками чаще всего являются нецентросимметричные кристаллы, но оксид молибдена таким не является. В новом материале ученые смогли искусственно добиться пьезоэлектрических свойств за счет добавления структурных дефектов, в результате чего он стал электретом с долгим сроком хранения. Статья опубликована в журнале Advanced Materials. Существует класс материалов, называемый пьезоэлектриками. Как правило, это кристаллы, элементы атомной решетки которых не симметричны (хиральны). В таких кристаллах при деформации возникает напряжение и, например, на этом принципе работает электроискра у бытовых зажигалок, или же с его помощью можно сделать тактильный сенсор. Кроме того, бывает и обратный пьезоэффект, когда материал деформируется при подаче на него напряжения. На основе этого работают, например, форсунки струйных принтеров.

Читать далее

Кратко об истории изобретения радио: спор между Гульельмо Маркони и Александром Поповым

На фото: В 1895 году русский физик Александр Попов использовал свой инструмент для исследования гроз для демонстрации передачи радиоволн. Попов, возможно, был первым — но он не запатентовал свои изобретения и не пытался их коммерциализировать. Кто же изобрёл радио? Ваш ответ, вероятно, будет зависеть от того, откуда вы родом. 7 мая 1945 года Большой театр в Москве был забит учёными и государственными деятелями из коммунистической партии Советского Союза, праздновавшими 50-летний юбилей первой демонстрации радио, проведённой Александром Поповым. Это была возможность воздать почести отечественному изобретателю и попытаться увести исторические записи в сторону от достижений Гульельмо Маркони, которого во многих странах мира признают изобретателем радио. 7 мая было объявлено в СССР днём радио, который празднуется по сей день и в России. Заявление о приоритете Попова как изобретателя радио основывается на прочитанной им 7 мая 1895 года лекции «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям» в Санкт-Петербургском университете.

Читать далее

Впервые удалось получить сверхпроводник, являющийся источником магнитного поля

На иллюстрации: Структура собственного магнитного поля и токов, которые возникают в сверхпроводнике при переходе вещества в особое квантовое состояние. Vadim Grinenko et al. / Nature Physics, 2020. Физики в своем исследовании экспериментально обнаружили новое квантовое состояние сверхпроводника, в котором материал становится источником магнитного поля. Достигнутый результат важен как с точки зрения фундаментальной науки, так и для разработки сверхпроводящих устройств. Статья опубликована в журнале Nature Physics. Сверхпроводимость — это явление, при котором электрическое сопротивление материала становится строго нулевым. Переход образца в такое состояние происходит при охлаждении ниже критической температуры — она определяется свойствами вещества. В настоящее время сверхпроводимость широко применяется в технике, однако полного теоретического описания этого явления ученые до сих пор не разработали (подробнее о сверхпроводимости и существующих объяснениях можно узнать в нашем материале). Квантовые свойства сверхпроводника делают его идеальным диамагнетиком — материалом, которому энергетически выгодно иметь нулевое внутреннее магнитное поле.

Читать далее

Математическое переосмысление физического смысла времени, бесконечности и основ мироздания

Из законов физики следует, что течение времени – всего лишь иллюзия. Чтобы избежать такого заключения, нам, возможно, придётся переосмыслить реальность чисел с бесконечной точностью. Если числа нельзя простым способом записывать бесконечными последовательностями цифр, то и будущее не предопределено. Странно, что, хотя нам кажется, будто мы проносимся сквозь время, беспрерывно находясь на тонкой грани между фиксированным прошлым и открытым будущим, эта самая грань – настоящее – никак не проявляет себя в существующих законах физики. К примеру, в теории относительности Эйнштейна время переплетено с тремя измерениями пространства, и формирует гибкий четырёхмерный пространственно-временной континуум – “блок-вселенную“, охватывающую прошлое, настоящее и будущее. Уравнения Эйнштейна описывают всё в блок-вселенной, как предрешённое с самого начала; изначальные условия космоса определяют, что будет дальше, и никаких сюрпризов не происходит – они только кажутся сюрпризами. «Для нас, верящих в физику, — писал Эйнштейн в 1955, за несколько недель до смерти, — различие между прошлым, настоящим и будущим является лишь упорной и настойчивой иллюзией».

Читать далее

Как определить количество звезд во вселенной: галактические наблюдения и оценки

Глядя в ночное небо, астроному-любителю достаточно сложно подсчитать количество видимых невооруженным глазом звезд. С большими телескопами становится видно больше звезд, что делает невозможным счет из-за количества времени, которое на это потребуется. Так как же астрономы выясняют, сколько звезд во Вселенной? «Первая неприятная часть – попытка определить, что означает «вселенная», – сказал Дэвид Корнрайх, доцент в колледже Итака в штате Нью-Йорк. «Я не знаю ответ, потому что я не знаю, бесконечно ли велика вселенная или нет», – сказал он. Наблюдаемая вселенная возвращает нас во времени примерно на 13,8 миллиардов лет назад, но кроме этого, вероятно, мы могли бы видеть намного больше. Некоторые астрономы также думают, что мы можем жить в «мультивселенной», где были бы другие вселенные, подобные нашей, содержащиеся в какой-то более крупной сущности. Самый простой ответ может состоять в том, чтобы оценить количество звезд в типичной галактике, а затем умножить это на предполагаемое количество галактик во Вселенной. Но даже это сложно, так как некоторые галактики лучше видны в видимой части спектра, а некоторые в инфракрасном. Также существуют препятствия для оценки, которые необходимо преодолеть.

Читать далее

Предложен новый метод детектирования изменения в массе отдельных атомов при квантовых прыжках электронов

Иллюстрация: R. X. Schüssler, et al. / Nature, 2020. Физики разработали новый метод детектирования изменения в массе отдельных атомов при квантовых прыжках электронов с помощью высокоточного масс-спектрометра. Ученые измерили сильно заряженные ионы рения и обнаружили новое метастабильное состояние, которое может быть использовано в точных атомных часах. Работа опубликована  в известном журнале Nature. В 1905 году Альберт Эйнштейн показал, что любая энергия может быть ассоциирована с некоторой массой: E=mc2. Этот факт дает возможность измерять энергию систем путем измерения их массы: например, теоретически можно вычислить заряд телефона или механических часов с помощью относительных высокоточных весов. В современной физике в качестве таких весов выступают масс-спектрометры: они способны детектировать изменения в массе группы заряженных атомов, ионов. Однако, изменения в массе одного иона зафиксировать крайне трудно и до сих пор этого не удавалось сделать.

Читать далее