На иллюстрации: Левитация облучаемого светодиодами диска при давлении воздуха 30 паскалей. Диаметр диска — около 6 миллиметров, вес в воздухе — около 0,3 микроньютона. Mohsen Azadi et al. / Science Advances, 2021. Ученые изготовили сантиметровые полимерные диски, противоположные поверхности которых по-разному взаимодействуют с налетающими молекулами газа при нагреве со стороны излучения, и пронаблюдали их левитацию в вакуумной камере при давлении порядка 10 паскалей и интенсивности облучения около 0,5 ватт на квадратный сантиметр (того же порядка, что у солнечного света). Результаты опыта и предсказания теоретической модели помогут в создании компактных аппаратов для полетов в мезосфере — например, предназначенных для изучения погодных и климатических явлений. Статья опубликована в журнале Science Advances. На сегодняшний день мезосфера (слой атмосферы на высоте 50–80 километров) — проблемная зона для летательных аппаратов. Воздух на такой высоте уже недостаточно плотный, чтобы надежно удерживать воздушные шары и самолеты, но в то же время слишком плотный, чтобы мешать орбитальному движению космических аппаратов, нагревая и затормаживая последние.
Архив рубрики: Наука
В поисках темной материи ученые расширяют методы ее обнаружения: между электроном и протоном
Физики планируют не пропустить ни одной возможности: не воздействует ли тёмная материя на разные виды детекторов, не изгибает ли свет звёзд, не разогревает ли ядра планет и не откладывается ли в камнях. С тех пор, как в 1980-х согласились с тем, что большая часть массы Вселенной невидима для нас, и что эта «тёмная материя» должна удерживать галактики от разрушения и формировать посредством гравитации облик всего космоса, экспериментаторы охотились за этими несветящимися частицами. Сначала они начали поиски тяжёлой и медленной формы тёмной материи под названием слабовзаимодействующие массивные частицы (weakly interacting massive particle, WIMP) — вимпы. Этот ранний кандидат был одним из самых предпочтительных вариантов, подходящих на роль потерянной космической материи – он мог решить ещё одну, отдельную загадку из физики частиц. Десятилетиями физики строили всё более крупные мишени в виде кристаллов и многотонных резервуаров с экзотическими жидкостями, надеясь уловить редкое мельтешение в атомах, происходящее после столкновения с вимпами.
Создано “нанозеркало” с индексом отражения выше 99,9% для новых оптоэлектронных устройств
Фото: VCSEL solutions & photodiodes. Свыше 99,9% падающего излучения отражает новое зеркало, построенное физиками США. А ведь толщина его составляет всего-то 0,23 микрометра. Специалисты говорят, что такое “нанозеркало” способно улучшить параметры многих компьютерных устройств, где применяется лазерная оптика. Изобретение американцев называется “Контрастная решётка с высоким индексом преломления и шагом, меньше длины волны” (high-index contrast sub-wavelength grating – HCG). Создали её Конни Чан-Хаснейн (Connie J. Chang-Hasnain), директор Центра оптоэлектроники, наноструктур и полупроводниковых технологий Университета Калифорнии в Беркли (CONSRT), и её аспиранты Майкл Хуан (Michael Huang) и Е Чжоу (Ye Zhou). Однако, прежде, чем рассказать о сути, необходимо сделать небольшое отступление. Ранние версии полупроводниковых лазеров использовали в качестве зеркал кристаллы, которые обеспечивали коэффициент отражения в 30%. Это не слишком много, если учесть, что зеркала в лазере обеспечивают многократный пробег фотонов через рабочую среду, где они вызывают генерацию новых фотонов, вся эта лавина накапливается и, в конечном счёте, выходит через одно из зеркал (полупрозрачное) в виде лазерного луча.
Впервые с помощью метода абсорбционной спектроскопии удалось очень точно измерить соотношение масс протона и электрона
Иллюстрация: I. V. Kortunov et al. / Nature Physics, 2021. Физики провели сверхточное измерение частоты колебательного перехода в молекулярном ионе водорода HD+ с помощью метода абсорбционной спектроскопии в среднем инфракрасном диапазоне. Полученное значение они сопоставили с теоретической формулой, благодаря чему удалось уточнить величину отношения массы протона к массе электрона. Работа опубликована в Nature Physics. История развития физики неразрывно связана с улучшением точности спектроскопии атомов и молекул. Так, на становление квантовой механики повлияли попытки интерпретации линейчатого спектра атома водорода, в особенности его тонкой структуры. А открытие более тонкого зазора между энергетическими уровнями — лэмбовского сдвига — привело к созданию квантовой электродинамики. На пути к росту точности неизбежно возникают различные трудности. Среди них — допплеровское уширение спектральных линий, вызванное хаотическим движением атомов и молекул.
Что Вы знаете о кристалле времени: физическая симметрия и совершенно новое состояние вещества
Редко выпадает такая удача, что физическая идея возникает на кончике пера, а затем подтверждается экспериментально, спустя считанные годы. Наиболее известным примером такого рода является позитрон, первая античастица. Поль Дирак предсказал существование позитрона в 1930 году, и уже в 1931 Карл Андерсон получил и описал такую античастицу – за что в 1932 году Поль Дирак был удостоен Нобелевской премии по физике. Совсем недавно схожая история произошла с Фрэнком Вильчеком, который в 2012 году задумался о существовании кристаллов времени. Фрэнк Вильчек (род. 1951) – один из крупнейших физиков нашего времени, тот, кто остается не только «ныне живущим», но и активно работающим много после обретения заслуженной Нобелевки «за открытие асимптотической свободы в теории сильных взаимодействий» (в 2004, совместно с Дэвидом Гроссом и Дэвидом Политцером). Вильчек продолжает преподавать теоретическую физику, ныне в Массачусетском технологическом институте, пишет отличный научпоп – причем, я был непосредственным вдохновителем и куратором издания «Тонкой физики» на русском языке в 2018 году.
Впервые удалось исследовать динамику холодных атомов с помощью отраженного от них микроволнового излучения
Иллюстрация: W. Dubosclard et al / Communications Physics, 2021. Физики научились отслеживать населенности уровней холодных атомов рубидия, измеряя сигнал отраженного от них микроволнового излучения. Они показали, что такой способ отличается от традиционных техник, связанных с измерением спектров излучения или поглощения, тем, что он почти не разрушает когерентность состояния. Работа опубликована в Communications Physics. Активное изучение того, как атомы и молекулы взаимодействуют с электромагнитным излучением, привело физиков к возможности когерентного контроля и управления их состояниями. Ученые могут с высокой точностью предсказать квантовую динамику внутри холодных атомов и связывать ее с условиями, в которые атомы помещены. Этот принцип реализуется в сверхточных акселерометрах, гравитометрах, атомных часах и других устройствах. Главная характеристика атомных ансамблей, которой обычно интересуются физики, — это населенность их уровней, которая напрямую связана с вероятностями найти атомы в том или ином состоянии.
